Realidade Aumentada

A Realidade Aumentada (RA) surgiu a partir da década de 90, permitindo a sobreposição de objetos virtuais no ambiente físico a partir de dispositivos tecnológicos. Porém estas aplicações tornaram-se mais acessíveis a partir dos anos 2000, em consequência da convergência das técnicas de visão computacional, softwares e dispositivos com melhor custo-benefício (KIRNER; SISCOUTTO, 2007).

A tecnologia RA permite a mistura em tempo real dos componentes gerados em computador com a exibição de vídeo ao vivo (MULLEN, 2011), cuja meta principal consiste em criar uma sensação no usuário de que os objetos virtuais estão presentes no mundo real (CAWOOD; FIALA, 2007). Desta forma, conforme Schranz (2014), dois espaços precisam ser diferenciados mais distintamente: o espaço físico que é o ambiente real, como por exemplo, uma cidade na qual nos movemos, trabalhamos e vivemos, e o espaço virtual, que amplia este espaço físico com informação adicional.

Os componentes dos sistemas em RA são semelhantes aos dos sistemas RV, do que faz esta tecnologia ser uma variante da RV (Sherman & Craig, 2003). Porém, os sistemas RA não são destinados à imersão dos usuários em um ambiente virtual, mas sim sobrepor objetos virtuais, ou seja, aumentar a quantidade de informações disponíveis para o usuário, no seu campo de vista real, com base na sua percepção normal do mundo real (SHERMAN; CRAIG, 2003; MULLEN, 2011). De acordo com Kirner e Siscoutto (2007), algumas diferenças existentes entre a RV e a RA surgem a partir dos seguintes aspectos:

• A RA incrementa a cena do mundo real através de objetos virtuais, enquanto que o cenário em RV é totalmente gerado por computador;

• Na RA o usuário mantém o sentido de presença no mundo real, enquanto que na RV a sensação visual é controlada pelo sistema;

• A RA utiliza mecanismos que combinam o real e o virtual, enquanto que a RV utiliza mecanismos para integrar o usuário ao ambiente virtual.

Neste contexto, devido ao fato dos objetos virtuais serem implantados no espaço físico do usuário (por sobreposição), permitindo interações tangíveis e sem o uso de equipamentos especiais, a RA vem sendo uma possibilidade de interface popular para a atualidade. Conforme Kirner e Tori (2006), ao utilizar a RA o usuário não precisa aprender a interagir com um mundo completamente novo, pois grande parte do cenário corresponde ao mundo que o mesmo já conhece.

Outro fator a considerar, conforme apontado nos itens anteriores, a RV depende de diversos dispositivos de interação que são normalmente utilizados em ambientes fechados, enquanto que a RA pode ser utilizada em qualquer ambiente (fechado ou aberto), sendo, portanto, mais abrangente e universal (KIRNER; SISCOUTTO, 2007). Mas por outro lado, conforme Bimber e Raskar (2005), o mundo real utilizado na RA torna-se bem mais complexo para se controlar do que o mundo virtual utilizado na RV.

A partir do momento em que o usuário pode visualizar ao mesmo tempo os gráficos virtuais e o ambiente real, fica muito fácil perceber qualquer desalinhamento entre as duas interfaces. Para prevenir esta falha, o registro tem fundamental importância nos sistemas RA. Existem diversas fontes de erros de registro, mas em geral estas podem ser divididas em duas categorias: erros estáticos e erros dinâmicos (AZUMA, 1997; HOLLOWAY, 1997). Conforme Holloway (op. cit.), o principal contribuinte para os erros estáticos consiste no erro do sistema rastreador, enquanto que os erros dinâmicos são causados pelos atrasos do sistema.

A RA normalmente requer que o objeto virtual quando inserido em uma cena seja visualizado a partir de algum tipo de display, sem a necessidade de modelar o ambiente. Neste sentido, o sistema economiza um grande esforço de modelagem, reduzindo a quantidade de informações a serem geradas e transferidas em tempo real, que é a principal desvantagem tecnológica da RV. O uso de um display pode ser um simples monitor de computador ou um tablet, como também pode ser algum dispositivo mais avançado como o HMD.

Há diversas formas para que os componentes virtuais possam interagir com os conteúdos reais. A maioria dos métodos atuais baseados na visualização por computador depende de marcadores físicos (markers) pré-definidos que permitem o reconhecimento e rastreamento de objetos 3D no espaço visível (MULLEN, 2011). Na maioria destas aplicações, o desempenho do sistema RA depende muito do método de rastreamento para a detecção dos marcadores visuais, que podem variar de um para o outro.

Os marcadores funcionam como pontos de reconhecimento pelo computador, que está habilitado a calcular a orientação do marcador no espaço com base no esquema de sua

forma projetada na visualização da câmera. O marcador pode ser impresso ou exibido de qualquer forma desde que a câmera possa vê-lo. A figura 5.6 apresenta um marcador exibido a partir de um dispositivo móvel.

Figura 5.6 - Um marcador de RA exibido através do navegador de um Smartphone

Fonte: http://images.google.com/

Os marcadores geralmente são quadrados, com uma imagem no meio e um contorno quadrado preto, muito espesso, ao redor da imagem. A criação de um marcador consiste em dois passos. O primeiro consiste em criar um design gráfico e o segundo em treinar o sistema no design. Este segundo passo produz o que é chamado um arquivo padrão, geralmente utilizando a extensão .patt ou .pat, que pode então ser colocado no aplicativo RA para que este seja capaz de reconhecer o padrão (MULLEN, 2011).

A utilização dos marcadores pode vir a limitar a interatividade e são limitados a um conjunto de imagens ou objetos encapsulados dentro de uma margem para criar o marcador. Desta forma, para o uso deste método, os marcadores precisam ser previamente impressos e também mantidos para o uso futuro. Em contraposição aos sistemas de RA com base em marcadores, nos sistemas de RA sem marcadores qualquer parte do ambiente real pode ser utilizada como um ponto de reconhecimento que poderá ser rastreado para enquadrar os objetos virtuais.

Este método permite a exclusão de marcadores intrusivos que não fazem parte do ambiente e tem a possibilidade de extrair as características do ambiente e informações que podem mais tarde serem utilizadas. Por outro lado, o método tem como desvantagem a complexidade das técnicas de monitoramento e registro (DOLZ, 2012).

5.3.1 A RA aplicada ao design de produtos

No design de produtos, conforme Shen, Ong e Nee (2010), a realidade aumentada quando comparada a realidade virtual apresenta vantagens em dois principais aspectos. Em primeiro lugar, a RA proporciona um ambiente semi-imersivo para o projeto, onde os usuários podem visualizar o mundo real durante a simulação das atividades de design com um produto virtual. Esta característica permite ao usuário uma sensação de realismo e faz com que os mesmos se sintam mais seguros e confortáveis. Em segundo lugar, os custos para a geração de um ambiente em RA são menores, visto que elimina a necessidade de criar cenários para a simulação, que corresponde a uma desvantagem da RV.

Neste panorama, várias tendências estão levando a um maior interesse da aplicação da realidade aumentada na avaliação de produtos. Uma delas corresponde a melhoria constante da tecnologia de visão pelo computador, o que permite aos desenvolvedores trabalharem com marcadores mais sutis, menos intrusivos e mais eficientes, ou até mesmo sem o uso destes (markerless), conforme apontado no item anterior. Outra tendência corresponde ao rápido avanço das tecnologias de visualização para ativar a realidade aumentada, sendo estas o HMD (ver Item 5.1.1), displays baseados em projeção (Projector- based displays) e os dispositivos móveis.

Os displays baseados em projeção são utilizados para projetar imagens ou textos diretamente sobre superfícies no mundo real. Este tipo de dispositivo pode ser utilizado para apresentar os ambientes de RA para grandes grupos de pessoas de uma só vez, enquanto que com o HMD não é possível. Pequenos projetores portáteis também podem ser usados para criar ambientes de RA pessoais. Cebulla (2013) apresenta exemplos de vários sistemas de RA projetada que podem ser escolhidos de acordo com o seu nível de mobilidade.

Outro sistema que provavelmente ocasionará um impulso adicional no mercado da RA corresponde ao recente lançamento do Google Glass, óculos com uma micro tela, câmera e entrada de voz. Os óculos de dados são interessantes por oferecem informações diretamente no campo visual, que faz parte do espaço percebido pelo usuário, sendo mais eficaz do que os dados que são vistos meramente em uma tela (SCHRANZ, 2014).

Estes recursos apontados permitem avanços em uma importante área de pesquisa para a RA, que corresponde ao desenvolvimento de aplicações colaborativas, onde vários usuários podem simultaneamente visualizar e interagir com objetos reais e virtuais (KIM; MAHER, 2008). No sistema de design colaborativo baseado na RA proposto por Shen, Ong e Nee (2010), os usuários podem interagir com o ambiente virtual a partir de dois fatores principais.

O primeiro permite aos usuários criar e modificar os modelos tridimensionais livremente sem a necessidade de atualizá-los posteriormente em outros sistemas, e o segundo propõe a geração de interfaces mais intuitivas aos usuários a partir do realce das características das funcionalidades ou faces do projeto, permitindo uma melhor compreensão das manipulações que estão sendo realizadas.

Uva et al. (2010), propõem um sistema para integração da RA no processo de desenvolvimento de produtos utilizando desenhos técnicos reais como uma interface tangível para a revisão do design. O sistema ADRON (Augmented Design Review Over Network) tem como objetivo facilitar o uso da tecnologia RA por usuários com pouca experiência ou nenhuma, a partir de uma integração realista e eficaz, oferecendo recursos como flexibilidade de hardware e software, ou seja, suporte para diferentes configurações e expansão, assim como a integração do conteúdo da web, permitindo a comunicação de vários usuários em rede.

Com base nos estudos de Shen, Ong e Nee (2010) e Uva et al. (2010), podemos observar que a tecnologia da realidade aumentada facilita a sua aplicação a partir do uso simplificado de hardware, como por exemplo PC/laptop, webcam, dispositivos móveis, etc., em vez de dispositivos caros e complexos de simulação virtual. Outra vantagem apontada corresponde a possibilidade de interação natural com objetos reais, como interfaces tangíveis, facilitando a compreensão do usuário.

Embora a RA ofereça vantagens, um ponto crítico nos sistemas atuais e que deve ser observado, consiste na configuração. Mesmo as estações de trabalho RA simples exigem a definição de um grande número de parâmetros de configuração (por exemplo, a posição da câmera e calibração), tornando a RA, de um modo geral, bastante complexa para usuários ocasionais sem o conhecimento de programação.