Mixed Reality: Virtual Reality, Augmented Reality, Augmented Virtuality Luigi Cinque Maggio 2008

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  • Mixed Reality: Virtual Reality, Augmented Reality, Augmented Virtuality Luigi Cinque Maggio 2008
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  • Meaning of Virtual and Reality Virtual significa immaginario o non-reale Reality si riferisce allo stato o alla qualita di essere reale
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  • Outline Mixed Reality (MR) Virtual Reality (VR) Augmented Reality (AR) Augmented Virtuality (AV)
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  • Mixed Reality Mixed Reality (MR) e un termine che viene usato per rappresentare un intero spettro di situazioni che spaziano dallambiente reale allambiente virtuale.
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  • Mixed Reality Continuum Mixed reality includes augmented reality, augmented virtuality, and other mixed configurations. Mixed Reality (MR)
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  • Caratteristiche dei MR display Reproduction Fidelity: qualita di generare immagini Extent of Presence Metaphor: misura il livello di immersioni dellutente dentro la scena Extent of World Knowledge: accurata sincronizzazione degli oggetti virtuali e mondo reale
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  • What is Virtual Reality ? Brooks (1999) definisce come: unesperienza.. nella quale lutente e immerso in un mondo virtuale capace di reagire alla sua presenza Sherman and Craig (2003) definisce come: un mezzo composto da simulazioni interattive tramite computer che percepiscono la posizione e le azioni dellutente e sostituiscono o aumentano il feedback di uno o piu sensi, dando limpressione di essere mentalmente immersi o presenti nella simulazione (virtual world)
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  • Performance of VR system La caratteristica piu importante di un sistema VR e la capacita di produrre alta fedelta, alta risoluzione, immagini 3D realistiche in real-time senza evidenti flicker. Hardware capability Software capability
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  • Four Key Elements in Experiencing VR Un ambiente virtuale Immersione (fisica e mentale): d un senso di presenza nellambiente virtuale; questo puo essere uno stato puramente mentale o realizzato con mezzi fisici Feedback: sensoriale visivo/auditivo/tattile inviato allutente. Interattivita: in unesperienza di realta virtuale, i partecipanti si possono muovere e cambiare punto di vista.
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  • Four Crucial Technologies for VR Visual displays: immersione dellutente nel mondo virtuale graphics rendering system: che genera da 20 a 30 frames per secondi tracking system: rileva continuamente la posizione e lorientamento della testa e della mano dellutente (ritardi di ms nessun problema, >0.1 s, effetto catastrofico) database system: per costruzione ed aggiornamento dei dettegli e dei modelli realistici del mondo virtuale
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  • Presence and Immersion Immersion immerso nellambiente: realizzato da HMD o sistemi multi-display (FOV) Self Presence senso di 3D relativo allambiente: I am there Object Presence oggetti sono 3D rispetto allutente: it is there
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  • The Technology of Immersion Stereoscopic display: d la profondita del campo visivo dellutente Head tracking: d illusione allutente di guardarsi attorno. 3D computer graphics: riempie lambiente con gli oggetti 3D interaction: da la sensazione allutente di interaggire con oggetti reali
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  • Criteria of Immersion Totale illusione di essere circondato da oggetti virtuali Lambiente dovrebbe reagireallutente. Gli oggetti devono avere un senso di presenza Non e richiesto il modello del mondo reale Non sono importante foto realistiche
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  • Typical Components of VR Sistema Base: Computer Head-Mounted Display (HMD) Hand-tracked device (VR Glove or Wand) 3D graphics rendering system Inoltre: 3D sound, voice I/O, spaceball, etc.
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  • Typical Computer used for VR SGIs Onyx 2 (4 CPUs, 2 Infinite Reality Pipelines)
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  • Head-Mounted Display (HMD) Piccoli display montati sulla testa, completamente immersivi, hanno bisogno di un tracker per tracciare la posizione e lorientazione della testa.
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  • Head-Mounted Display (HMD) -supported Floor Display
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  • Stereoscopy Stereoscopia una tecnica capace di creare lillusione della profondita in unimmagine. Lillusione della profondita in una foto, film, o altre immagini 2D e creata tramite due immagini leggermente diverse per ogni occhi.
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  • VR Glove
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  • Wand
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  • 3D Tracking Paradigm Uno o pi sensori determinano la posizione e lorientamento rispetto ad una sorgente Il sensore(i) capta un segnale proveniente dalla sorgente e stabilisce sia posizione che lorientamento Sorgente e sensore possono essere fissi o mobili Diverse tecnologie: Ultrasuoni, Elettromagnetici, Ottici
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  • Localization by Ultrasound Una sorgente (emittente) emette un segnale (ultrasuono) verso il guanto, che contiene 2-3 ricevitori. Il tempo che intercorre tra lemissione e la ricezione determina la distanza emittente-ricevente
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  • Localization by Ultrasound Emitter Ultrasound wave Finger flexion sensor Spatial position sensor
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  • Ultrasonic Tracking Advantages and Disadvantages Vantaggi Basso costo Facile da realizzare Svantaggi Nessun ostacolo tra emittente e ricevente Range molto corto (few feet) Fortemente dipendente dalla temperatura e dallumidit dellaria
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  • Localization by Electromagnetic (EM) Pulses Tre antenne emettono impulsi radio in sequenza Tre antenne ricevono gli impulsi e determinano la potenza del segnale lungo gli assi La potenza globale delle tre receventi dara la distanza dalla sorgente emittente
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  • Localization by EM Pulses Electronic box output to the host computer Receiver weak signal Emitter strong signal
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  • EM Advantages and Disadvantages Vantaggi Facilita nella gestione del tracking Possono esserci ostacoli tra sorgente e sensore Tecnologia matura Svantaggi Errori nel tracking Range corto Fortemente sensibile al campo magnetico e oggetti metallici nellambiente
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  • Localization by Optical Correlation Analisi stereoscopica, correlazione pixels comuni a due immagini riprese da due telecamere I punti correlati permettono la triangolazione delle posizioni (3D) La triangolazione si basa sulla corrispondenza di punti simili presi su due immagini diverse
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  • Localization by Optical Correlation
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  • Optical Advantages and Disadvantages Vantaggi Qualita molto buona del segnale di tracking Uno dei metodi piu precisi Svantaggi Nessun ostacolo tra emittente e receivente Ingombrante e difficile da realizzare
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  • Cave Automatic Virtual Environment (CAVE) Sistemi basati sulla proizione: proiezione diretta o con retro-proizione, lutente completamente circondato da immagini proiettate su grandi schermi. Crea un senso di elevata immersione
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  • CAVE Completely immersive Maximum cost solution Centralized facility Not Mobile
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  • The desire for higher-resolution color images and good surround vision without geometric distortion Less sensitivity to head-rotation induced errors The ability to mix virtual reality imagery with real devices (like one's hand, for instance) The need to guide and teach others in a reasonable way in artificial worlds Goals that inspired CAVE Engineering
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  • CAVE Demo
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  • Cave Applications architectural walk-through evaluation of engineering designs (virtual prototyping) driving simulators training for dangerous situations and other scenarios molecular modeling virtual reconstruction of archeological sites medical and biological visualization artistic expression of ideas, and more...
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  • Cave Applications
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  • Distributed Architectures: Idea of the Future Present way of Teaching Super Computer (Flow data, Visualization computation) visualization data user commands Ultra Net Future way of Teaching CAVE A (ELG 5121) CAVE B Prof. El Saddik
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  • Blue-c System Blue-c system by ETH institutes: collaborative virtual reality
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  • Blue-c System
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  • Workbenches Banchi di lavoro: schermi piatti che presentano immagini in modalita stereo. Possono essere montati anche in orizzontale/inclinati. Immersione parziale, alto senso di presenza delloggetto
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  • Interagire piu efficaciamente con I mondi virtuali: Manipulation Wayfinding Modellare I mondi efficientemente Modeling the existing world Modeling non-existing worlds Misurare lillusione della presenza e la sua efficacia operazionale Hot Open Challenges
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  • Augmented Reality (AR) A differenza della virtual reality, augmented reality si riferisce a situazioni nelle quali lobiettivo integrare la percezione dellutente di un mondo reale attraverso laggiunta di oggetti virtuali
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  • Augmented Reality AR e una tecnologia o un ambiente dove linformazione aggiuntiva, generata da un computer, e inserita nella visione dellutente di una scena del mondo reale