e poss´ıvel modelar objetos 3D e coloc´a-los, alinh´a-los e visualiz´a-los no ambiente real atrav´es do ARToolKit, concebendo desta forma, o sistema baseado em RA.
As se¸c˜oes seguintes trazem abordagens relacionadas a estas tecnologias, descrevendo seus hist´oricos, casos de uso, funcionamento, aplica¸c˜oes e exemplos.
5.2 O Software ARToolKit
O software ARToolKit ´e uma ferramenta (ou um kit de ferramentas) gratuita usa-da para cria¸c˜ao simplificada de sistemas baseados em RA, pois, calcula rapidamente os parˆametros de v´ıdeo capturados do mundo real para realizar de forma simples a inser¸c˜ao de entidades virtuais. As pr´oximas se¸c˜oes abordam detalhes sobre esta biblioteca.
5.2.1 Hist´orico do ARToolKit
A biblioteca gratuita ARToolKit foi criada no Jap˜ao, na Universidade de Osaka pelo Dr. Hirokazu Kato. Foi desenvolvida posteriormente pelo Laborat´orio de Interfaces com Humanos na Universidade de Washiton nos Estados Unidos e na Universidade de Can-terbury na Nova Zelˆandia, com o intuito de tornar f´acil o desenvolvimento de aplica¸c˜oes baseadas em RA por parte dos programadores [Duarte, 2006].
5.2.2 Alinhamento “Real x Virtual”com Cart˜oes Marcadores
Uma das grandes dificuldades da cria¸c˜ao de sistemas baseados em RA ´e o c´alculo preciso do ponto de vista (perspectiva) do usu´ario em tempo real, para que a sobreposi¸c˜ao das imagens virtuais e reais esteja alinhada [Consularo et al., 2005].
Dessa forma, esse problema ´e causado porque o processamento das imagens ´e direta-mente depende da perspectiva do usu´ario, pois, o mesmo pode se movimentar em diversas dire¸c˜oes durante o uso da aplica¸c˜ao. Assim, o ARToolKit utiliza t´ecnicas de vis˜ao com-putacional para calcular a posi¸c˜ao da cˆamera que coleta as imagens do mundo real e a orienta¸c˜ao relativa dos marcadores f´ısicos, em tempo real.
Este procedimento ´e baseado no uso de cart˜oes marcadores. Estes cart˜oes consistem em um s´ımbolo geralmente envolvido por uma moldura negra (veja a Figura 5.1 (a)).
O ARToolKit, captara a imagem do ambiente real e a processa (veja a Figura 5.1 (b)), assim quando h´a o reconhecimento do cart˜ao, o software sobrep˜oe sobre ele o objeto virtual (veja a Figura 5.1 (c)) [Billinghurst e Kato, 2002]. Assim, o usu´ario tem liberdade de movimenta¸c˜ao do cart˜ao, possibilitando a visualiza¸c˜ao do objeto em trˆes dimens˜oes, de
qualquer ˆangulo, desde que a imagem do cart˜ao n˜ao seja obstru´ıda, pois, o rastreamento do ARToolKit se finalizaria.
5.2.3 Funcionamento do ARToolKit
Os requisitos b´asicos de hardware para o funcionamento do ARToolKit s˜ao uma
cˆamera digital com sa´ıda USB, Sistemas Operacionais Windows(95/98/2000/XP) ou
Linux, cart˜oes marcadores e um microcomputador 500 Mhz ou superior [Kato, 1999]. Para assimilar o funcionamento do ARToolKit, segue-se um roteiro detalhado de seu funcionamento. Primeiramente, ´e realizado o processamento da imagem capturada pela cˆamera. A imagem de v´ıdeo capturada (Figura 5.1(a)) ´e transformada em uma imagem bin´aria em Preto e Branco, como representado e Figura 5.1(b), com base no valor do limiar de intensidade. Em seguida, realiza-se uma busca por regi˜oes quadradas.
Dessa forma, o ARToolKit encontra todos os quadrados na imagem bin´aria, muitos dos quais n˜ao correspondem a marcadores de referˆencia. Para cada quadrado, o desenho padr˜ao dentro dele ´e capturado e comparado com alguns gabaritos pr´e-treinados. Se houver alguma similaridade entre algum dos quadrados com alguns dos gabaritos, ent˜ao o software considera encontrado um dos marcadores de referˆencia [Consularo et al., 2005].
Figura 5.1: Processamento da Imagem Capturada
O ARToolKit usa ent˜ao o tamanho conhecido do quadrado e a orienta¸c˜ao do padr˜ao encontrado para realizar o c´alculo da posi¸c˜ao real da cˆamera em rela¸c˜ao a posi¸c˜ao real do marcador. Uma matriz 3x4 conter´a as coordenadas reais da cˆamera em rela¸c˜ao ao marcador. Esta matriz ´e usada para calcular a posi¸c˜ao das coordenadas da cˆamera vir-tual. Se as coordenadas virtuais e reais da cˆamera forem `as mesmas, o modelo de CG pode ser sobreposto precisamente sobre o marcador real, como mostra a Figura 5.1(c) [Duarte, 2006].
A Figura 5.2, descreve mais detalhadamente o procedimento do ARToolKit, desde a captura da imagem at´e a sobreposi¸c˜ao do objeto virtual.
Figura 5.2: Diagrama de Funcionamento do ARToolKit [Consularo et al., 2005]
5.2.4 Desenvolvimento de Aplica¸c˜oes Utilizando ARToolKit
De acordo com Consularo, Coelho e Fernandes (2005), o desenvolvimento de aplica¸c˜oes baseadas em RA utilizando ARToolKit consiste em duas partes. A primeira ´e escrever a aplica¸c˜ao. E a segunda ´e treinar as rotinas de processamento de imagens sobre os marcadores do mundo real que ser˜ao utilizados na aplica¸c˜ao.
No entanto, existem alguns passos necess´arios para possibilitar o est´agio de escrever a aplica¸c˜ao, que s˜ao:
• Passo 1:
◦ Inicializar o caminho dos parˆametros de v´ıdeo; ◦ Ler os arquivos de padr˜oes de marcadores; ◦ Ler os parˆametros de cˆamera.
• Passo 2:
◦ Capturar um quadro de entrada de v´ıdeo. • Passo 3:
◦ Detectar os marcadores e reconhecer os padr˜oes no quadro capturado da entrada de v´ıdeo.
• Passo 4:
• Passo 5:
◦ Desenhar os objetos virtuais nos padr˜oes detectados. • Passo 6:
◦ Fechar a entrada de v´ıdeo. ´
E importante ressaltar que os Passos 2 at´e 5 s˜ao repetidos de forma cont´ınua at´e que a aplica¸c˜ao se finalize. J´a os Passos 1 e 6, s˜ao executados para inicializa¸c˜ao e finaliza¸c˜ao da aplica¸c˜ao, respectivamente. Outro fator que pode ser levado em conta, ´e a calibra¸c˜ao da cˆamera, que deve acontecer na primeira vez que o software for executado em uma m´aquina.
5.2.5 Vers˜oes do ARToolKit
V´arias vers˜oes do ARToolKit est˜ao dispon´ıveis e s˜ao implementadas em diversas lin-guagens, como MatLab e Java, embora as vers˜oes mais atualizadas e utilizadas s˜ao as im-plementadas em C [Duarte, 2006]. Destas, algumas oferecem suporte para implementa¸c˜ao em VRML e OpenGL (Se¸c˜ao 5.3).
A vers˜ao escolhida para o desenvolvimento deste trabalho foi a ARToolKit 2.65 com suporte para OpenGL, implementada na linguagem C++
As vers˜oes do ARToolKit acompanham a evolu¸c˜ao do tratamento que os Sistemas Operacionais fornecem aos dispositivos de v´ıdeo. A vers˜ao atual do ARToolKit oferece suporte para RA com Vis˜ao Direta por V´ıdeo ou Vis˜ao Direta ´Optica (descritas deta-lhadamente no Cap´ıtulo 3). A RA por vis˜ao Direta por V´ıdeo ´e aquela cujas imagens virtuais s˜ao sobrepostas `as imagens de v´ıdeo ao vivo capturadas do mundo real.
A segunda op¸c˜ao ´e a RA por Vis˜ao Direta ´Optica, onde os objetos virtuais s˜ao so-brepostos diretamente `as imagens do mundo real percebidas pelo usu´ario. A RA por Vis˜ao Direta requer um dispositivo HMD (Head Mounted Display) (Se¸c˜ao 2.2.5), pois o usu´ario recebe diretamente a informa¸c˜ao misturada e, exige tamb´em, um procedimento de calibra¸c˜ao da cˆamera que adquire imagens do mundo real.
Estes procedimentos podem variar entre algo mais simples, quando a Vis˜ao Direta ´e por V´ıdeo, ou mais complexo, quando ´e por Vis˜ao ´Optica Direta [Calonego et al., 2004].