lunes, 31 de marzo de 2014

AR Elementos

La Realidad Aumentada (RA) depende de los elementos que la hagan operativa. Estos, como mínimo, han de ser cuatro: un elemento que  captura las imágenes de la realidad, otro sobre el que proyectar la mezcla de las imágenes reales con las imágenes sintetizadas, un tercero de procesamiento y, por último, un elemento “activador de realidad aumentada”.


elementosRA

Elemento que  captura las imágenes de la realidad: basta para ello una sencilla cámara de las que están presentes en los ordenadores o teléfonos móviles. Este dispositivo se encarga de tomar la información del mundo real y transmitirla al software de realidad aumentada.

Elemento sobre el que proyectar la mezcla de las imágenes reales con las imágenes sintetizadas: para ello, se puede utilizar la pantalla de un ordenador, de un smartphone o de una consola de videojuegos.

Elemento de procesamiento: su cometido es el de interpretar la información del mundo real que recibe el usuario, generar la información virtual que cada servicio concreto necesite y mezclarla de forma adecuada. Nuevamente encontramos en los PCs, móviles inteligentes o consolas estos elementos.

Elemento activador de realidad aumentada: se trata de elementos de localización como los GPS, las brújulas o los acelerómetros, que permiten identificar la posición y orientación de dichos dispositivos, así como las etiquetas o marcadores del tipo RFID o códigos bidimensionales, o en general cualquier otro elemento que sea capaz de suministrar una información equivalente a la que proporcionaría lo que ve el usuario, como por ejemplo sensores.

La siguiente imagen muestra una comparativa entre los elementos RA de uso en smartphones o en ordenadores personales:

elementosRA
Elementos en RA




viernes, 28 de marzo de 2014

AR Orígenes

La Realidad Aumentada (RA) ha ido evolucionando desde que Ivan Sutherland en 1968 creara el primer sistema. Pero la verdadera revolución de los sistemas RA está produciéndose en estos últimos años. 


Ivan Sutherland en 1968, empleó un casco de visión que permitía ver sencillos objetos 3D renderizados en wireframe en tiempo real. Usaba dos sistemas de tracking para calcular el registro de la cámara; uno mecánico y otro basado en ultrasonidos.

En 1992 los ingenieros de Boeing Tom Caudell y David Mizell, acuñaron el término de Realidad Aumentada al proponer el uso de esta novedosa tecnología para mejorar la eficiencia de las tareas realizadas por operarios humanos asociadas a la fabricación de aviones.

En 1997, investigadores de la Universidad de Columbia presentan The Touring Machine el primer sistema de realidad aumentada móvil (MARS). Utilizan un sistema de visión de tipo see-through que combina directamente la imagen real con gráficos 2D y 3D proyectados en una pantalla transparente.

ARToolKit
ARToolKit
En 1998, el ingeniero de Sony Jun Rekimoto crea un método para calcular completamente el tracking visual de la cámara (6 grados de libertad) empleando marcas 2D matriciales. Esta técnica originaría otros métodos de tracking visuales en los años siguientes. Un año más tarde en 1999, Kato y Billinghurst presentan ARToolKit, una librería de tracking visual de 6 grados de libertad que reconoce marcas cuadradas mediante patrones de reconocimiento. Liberada bajo licencia GPL se hace muy popular y es ampliamente utilizada.


En 2000, investigadores de la University of South Australia presentan una extensión de Quake (AR-Quake) que permite jugar en primera persona en escenarios reales. El registro se realizaba empleando una brújula digital, un receptor de GPS y métodos de visión basados en marcas. Los jugadores debían llevar un sistema de cómputo portátil en una mochila, un casco de visión estereoscópica y un mando de dos botones.

En 2001 se presenta Archeoguide; un sistema financiado por la UE para la creación de guías turísticas electrónicas basadas en Realidad Aumentada. El sistema proporciona información personalizada basada en el contexto, y muestra reconstrucciones de edificios y objetos mediante una base de datos multimedia adaptada al problema. La comunicación se realiza mediante Wifi, y el sistema es altamente escalable permitiendo diferentes dispositivos de visualización (portátiles, PDAs, etc).

arqueoguide
Arqueoguide
En el 2003, Siemens lanza al mercado Mozzies, el primer juego de RA para teléfonos móviles. El juego superpone mosquitos a la visión obtenida del mundo mediante una cámara integrada en el teléfono. Este juego fue premiado como el mejor videojuego para teléfonos móviles en dicho año.

En 2004 investigadores de la Universidad Nacional de Singapur presentan Human Pacman, un juego que emplea GPS y sistemas inerciales para registrar la posición de los jugadores. El PacMan y los fantasmas son en realidad jugadores humanos que corren por la ciudad portando ordenadores y sistemas de visión, percibiendo el mundo como se muestra en la Imagen.
H-Pacman
Human Pacman

También en el 2004, la Universidad Técnica de Viena presenta el proyecto Invisible Train, el primer juego multi-usuario para PDA's. Esta aplicación se ejecutaba totalmente en las PDA's, sin necesidad de servidores adicionales para realizar procesamiento auxiliar. Los jugadores controlan trenes virtuales y deben intentar evitar que colisione con los trenes de otros jugadores. El proyecto utiliza la biblioteca Studierstube desarrollada en la misma universidad.

En 2005 A. Henrysson adapta la biblioteca ARToolKit para poder funcionar en Symbian, y crea un juego de Tenis que gana un premio internacional el mismo año. En 2007, Klein y Murray presentan en ISMAR (uno de los principales congresos de Realidad Aumentada) el algoritmo PTAM; una adaptación del SLAM que separa el tracking y el mapping en dos hilos independientes, consiguiendo en tiempo real unos resultados muy robustos.

En 2008 Mobilizy crea Wikitude, una aplicación que aumenta la información del mundo real con datos obtenidos de entradas de Wikipedia.

wikitude
wikitude
En 2009, SPRXmobile lanza al mercado una variante de Wikitude llamada Layar, que utiliza el mismo mecanismo de registro que Wikitude (GPS + Brújula electrónica). Layar define un sistema de capas que permite representar datos de diversas fuentes globales (como Wikipedia o Twitter) además de servicios locales (como tiendas, estaciones de transporte público o guías turísticas). En la actualidad Layar cuenta
con más de 100 capas distintas de contenido.

El mismo año se presenta ARhrrrr!, el primer juego con contenido de alta calidad para smartphones con cámara. El teléfono utiliza la metáfora de ventana virtual para mostrar un mapa 3D donde disparar a Zombies y facilitar la salida a los humanos que están atrapados en él. El videojuego emplea de forma intensiva la GPU del teléfono delegando en la tarjeta todos los cálculos salvo el tracking basado en características naturales, que se realiza en la CPU.

El videojuego de PSP Invizimals, creado por el estudio español Novorama en 2009, alcanza una distribución en Europa en el primer trimestre de 2010 superior a las 350.000 copias, y más de 8 millones de copias a nivel mundial, situándose en lo más alto del ránking de ventas. Este juego emplea marcas para registrar la posición de la cámara empleando tracking visual.



A partir de 2010 numerosas compañías lanzan herramientas y campañas publicitarias con tecnología de Realidad Aumentada. Algunos ejemplos pueden ser los de National Geographic o Goertz.




AR Fundamentos

La Realidad Aumentada (RA) se encarga del estudio de técnicas que permiten la integración interactiva y en tiempo real entre el mundo real (normalmente a partir de imágenes capturadas u otra  información como geolocalización) y el mundo virtual (que normalmente añade información digital, cálculos o modelos 3D).


La RA trata de aumentar la percepción que tenemos del mundo real mediante elementos virtuales generados por ordenador. Esto difiere de la realidad virtual,  ya que ésta última introduce al usuario en un mundo totalmente artificial. De esta forma, una escena real vista a través de un dispositivo digital, como gafas o dispositivos de mano preparados para ello, puede incluir información virtual que mejore o amplíe la escena en  algún sentido. El objetivo no es una simple superposición de gráficos digitales en una escena real, sino que se persigue que el resultado de la aumentación sea realista y consistente con el entorno. Esto implica que la información y los gráficos generados deben ser coherentes con la iluminación natural del medio, e interactuar de  forma adecuada ante estímulos humanos o naturales. Este es el concepto de Alineación 3D.

taxonomía de RA
Taxonomía de Realidad Aumentada según Milgram y Kishino

El primer paso, y el más complicado, que deben realizar los sistemas de Realidad Aumentada en el proceso de generación de RA es el denominado registro, que consiste en calcular la posición relativa de la cámara real respecto de la escena para poder generar imágenes virtuales correctamente alineadas con esa imagen real. Este registro debe ser preciso (errores de muy pocos milímetros son muy sensibles en determinadas aplicaciones, como en medicina o en soporte a las aplicaciones industriales) y robusto (debe funcionar correctamente en todo momento). Este registro puede realizarse empleando diferentes tipos de sensores y técnicas (las más extendidas son mediante el uso tracking visual con o sin marcadores).

procesoRA
Proceso de generación RA

Así, la Realidad Aumentada se sitúa entre medias de los entornos reales y los virtuales, encargándose de construir y alinear objetos virtuales que se integran en un escenario real. El siguiente video muestra los fundamentos de la Realidad Aumentada:




Cuatro son los elementos necesarios en todo proceso de generación de Realidad Aumentada:
  • Elemento capturador
  • Elemento de proyección
  • Elemento de procesado
  • Elemento activador
La Realidad Aumentada abarca diferentes disciplinas:

  • Visión por computador
  • Geometría
  • Análisis numérico
  • Reconocimiento de patrones
  • Tecnologías de integración de sensores
  • Tratamiento de gráficos 3D por ordenador
  • Tecnologías de inmersión sensorial





martes, 11 de marzo de 2014

ARexperience

ARexperience es un blog que nace a partir de mis trabajos en el mundo de la REALIDAD AUMENTADA para aplicaciones de publicidad. En el blog hablaremos de conceptos sencillos, herramientas y aplicaciones de la RA, además de los progresos de mis trabajos en el proyecto.



Mi interés por la Realidad Aumentada surgió hace algo más de un año cuando descubrí los trabajos de Raúl Reinoso (@tecnotic) y su proyecto Aumentame, principalmente dirigidos hacia el mundo educativo. Desde ese momento, empecé a investigar y a documentarme sobre lo que es y lo que abarca la Realidad Aumentada; y sus aplicaciones en campos tan diversos como el de la industria, el ocio o la publicidad. He participado en diversos cursos, seminarios y jornadas técnicas de formación relacionadas con el tema, como las interesantísimas jornadas sobre REALIDAD AUMENTADA con Vuforia en la academia Wayra, organizada por fundación Telefónica, Comunidad Weprendo y CSEV; a las que ya me he referido en este blog. En los últimos dos cursos, hemos trabajado también el tema de la Realidad Aumentada en el Master de Formación del Profesorado de la Universitat de les Illes Balears (UIB), en el que imparto docencia. Hemos realizado trabajos online y hemos realizado sesiones demostrativas.


Actualmente estoy trabajando, también, en un interesantísimo proyecto de Realidad Aumentada aplicada a la publicidad. Es un proyecto relacionado con mis estudios de ingeniería electrónica en la Universitat Politècnica de Catalunya (UPC) y me está permitiendo traspasar la frontera del espectador o del usuario para conocer desde un punto de vista más técnico las aplicaciones de Realidad Aumentada, y adentrarme en el mundo de la visión por computador.

Por todos estos motivos, y por alguno más que ahora no viene al caso, me he decidido a crear este nuevo blog dedicado a la REALIDAD AUMENTADA. En él trataré de contar conceptos sencillos, herramientas y aplicaciones de la RA, además de los progresos de mis trabajos en el proyecto.

Espero que este nuevo blog sea de vuestro agrado y, como siempre, comentad por favor todo lo que consideréis pueda aportar. Vuestra participación siempre es importante. Gracias