Un modelo aumentado por proyección ( modelo PA ) es un elemento que a veces se emplea en sistemas de realidad virtual . Consiste en un modelo físico tridimensional sobre el que se proyecta una imagen de computadora para crear un objeto de apariencia realista. Es importante destacar que el modelo físico tiene la misma forma geométrica que el objeto que representa el modelo PA.
La realidad aumentada espacial (SAR) reproduce objetos virtuales directamente dentro o sobre el espacio físico del usuario. [1] Una ventaja clave de la SAR es que el usuario no necesita usar un visor montado en la cabeza . En cambio, con el uso de visores espaciales, se pueden integrar directamente en el entorno un campo de visión amplio y posiblemente imágenes de alta resolución de objetos virtuales. Por ejemplo, los objetos virtuales se pueden realizar utilizando proyectores de luz digitales para pintar imágenes 2D/3D sobre superficies reales, o utilizando pantallas planas integradas.
Los objetos reales se pueden manipular físicamente y de forma natural para poder verlos desde cualquier dirección, lo que es esencial para la evaluación ergonómica y proporciona una fuerte sensación de palpabilidad. [2] Aunque los dispositivos de retroalimentación háptica simulada permiten tocar algunos aspectos de los objetos generados por computadora, no pueden igualar este nivel de funcionalidad. [3] Por lo tanto, no es sorprendente que los objetos físicos todavía se utilicen para muchas aplicaciones, como el diseño de productos . [4] Sin embargo, los objetos generados por computadora tienen una ventaja clave: proporcionan un nivel de flexibilidad que los objetos físicos no pueden igualar. Por lo tanto, se necesita una pantalla que de alguna manera una el mundo físico real y los objetos generados por computadora, lo que permite experimentarlos simultáneamente. [5]
Tanto las interfaces de usuario tangibles (TUI) como la realidad aumentada tienen como objetivo abordar esta cuestión. Los sistemas TUI utilizan objetos físicos reales para representar e interactuar con información generada por computadora (Figura 1). Sin embargo, si bien las TUI crean un vínculo físico entre los objetos reales y los generados por computadora, no crean la ilusión de que los objetos generados por computadora se encuentran realmente en el entorno real del usuario. Ese es el objetivo de la realidad aumentada.
Figura 1 Continuum de interfaces informáticas avanzadas, basado en Milgram y Kishino (1994).
A diferencia de la realidad virtual (RV), que sumerge al usuario en un entorno generado por ordenador, la realidad aumentada (RA) une los espacios físicos y virtuales creando la ilusión de que los objetos generados por ordenador son en realidad objetos reales en el entorno del usuario [6] (Figura 1). Además, los sistemas de RA y RV basados en cascos de realidad aumentada pueden incorporar directamente objetos físicos. Así, cuando un usuario se acerca a un objeto generado por ordenador que puede ver, toca un modelo físico equivalente que se encuentra en la misma ubicación espacial. [7] Estos sistemas permiten alterar dinámicamente la apariencia visual generada por ordenador del objeto, mientras que el modelo físico proporciona una retroalimentación háptica para la forma subyacente del objeto. Sin embargo, los sistemas basados en cascos de realidad aumentada requieren que los usuarios lleven un equipo, lo que limita la cantidad de personas que pueden utilizar la pantalla simultáneamente.
Una variante del paradigma de RA que no sufre estas limitaciones es la realidad aumentada espacial (Figura 1). [8] La realidad aumentada espacial muestra información generada por computadora del proyecto directamente en el entorno del usuario. [9] Aunque hay varias configuraciones de visualización posibles, el tipo más natural es el modelo aumentado por proyección.
Figura 2 El concepto de modelo de proyección aumentada
Un modelo aumentado por proyección (modelo PA) consiste en un modelo físico tridimensional sobre el que se proyecta una imagen de computadora para crear un objeto de apariencia realista (Figura 2). Es importante destacar que el modelo físico tiene la misma forma geométrica que el objeto que representa el modelo PA. Por ejemplo, la imagen proyectada sobre los objetos que se muestran en la Figura 3 proporciona color y textura visual, lo que hace que parezcan estar hechos de materiales diferentes.
Figura 3 Un ejemplo de un modelo de proyección aumentada (recuadro - con la proyección desactivada).
Los modelos de PA utilizan una combinación única de objetos físicos e información generada por computadora, y por lo tanto heredan las ventajas de ambos. “La interfaz humana con un modelo físico es la esencia de lo 'intuitivo'. No hay widgets para manipular, ni controles deslizantes para mover, ni pantallas para mirar (o usar). En cambio, caminamos alrededor de los objetos, acercándonos y alejándonos para hacer zoom, mirando y enfocándonos en componentes interesantes, todo con una fidelidad visual, espacial y temporal muy alta” . [10] Los modelos de PA combinan el alto nivel de intuición de los modelos físicos con la flexibilidad y funcionalidad de los gráficos de computadora, como la capacidad de ser alterados, animados, guardados y actualizados rápidamente (Jacucci, Oulasvirta, Psik, Salovaara y Wagner, 2005). Por lo tanto, un modelo de PA esencialmente da una forma física a un objeto generado por computadora, que un usuario puede tocar y agarrar con sus manos desnudas. Por lo tanto, no es sorprendente que los estudios de usuarios, que compararon los modelos de PA con otras pantallas de realidad virtual y aumentada, encontraron que los modelos de PA son un tipo de pantalla natural e intuitiva (Nam y Lee, 2003; Stevens et al., 2002).
Sin embargo, el concepto de modelo de PA no es nuevo. De hecho, una de las primeras pantallas de este tipo se creó hace más de veinte años, cuando Naimark construyó la instalación artística “Displacements” (Naimark, 1984) y, más recientemente, en la atracción “Haunted Mansion” de Disney World (Liljegren & Foster, 1990). En ese momento, no existía la tecnología para que un modelo de PA fuera mucho más que una declaración artística. Sin embargo, dada la tecnología disponible hoy en día y un poco de “imaginación sin límites”, explorar nuevas pantallas de proyección es ahora “potencialmente ilimitado”. [11]
El crecimiento de la tecnología de modelos PA ha estado marcado por la reciente recreación de la instalación "Desplazamientos" de Naimark en SIGGRAPH (Desplazamientos, 2005). En concreto, se ha desarrollado una nueva tecnología que semiautomatiza el proceso de creación y alineación del modelo físico y la imagen proyectada. Esto admite varios proyectores, lo que permite iluminar un modelo PA desde todas las direcciones. Además, se pueden utilizar proyectores potentes (2000-3000 lúmenes) para permitir que un modelo PA se ubique en una habitación bien iluminada (Nam, 2005; Umemoro, Keller y Stappers, 2003). Sin embargo, aunque esta tecnología permite que un modelo PA sea un tipo de pantalla viable y útil, no aborda su objetivo principal.
Un modelo de PA tiene como objetivo crear la ilusión de ser realmente el objeto que representa. Por ejemplo, cuando se utiliza para una aplicación de diseño de productos, es importante que un modelo de PA proporcione una impresión perceptual convincente de ser realmente el producto final (Nam, 2006; Saakes, 2006; Verlinden, Horváth y Edelenbos, 2006; Keller y Stappers, 2001). De manera similar, cuando se utiliza para una aplicación de exhibición de museo para crear una réplica de un artefacto, un modelo de PA tiene como objetivo crear la ilusión de ser el artefacto real (Hirooka y Satio, 2006; Senckenberg Museum, 2006; Bimber, Gatesy, Witmer, Raskar y Encarnacao, 2002; Museum of London, 1999).
Sin embargo, ninguna investigación previa ha considerado específicamente esta ilusión. Por lo tanto, esta tesis define la 'ilusión del modelo aumentado por proyección' como la situación en la que un modelo de PA se percibe como el objeto que representa. Por ejemplo, esta ilusión se produce cuando un usuario percibe que el modelo de PA en la Figura 3 son ladrillos, macetas y trozos de madera reales, en lugar de modelos blancos con una imagen proyectada sobre ellos. Sin embargo, la esencia de esta ilusión no implica engañar al usuario. Un usuario puede percibir un modelo de PA como el objeto que representa, aunque sepa que en realidad es un modelo blanco y una imagen proyectada.
Se ha desarrollado una tecnología para mejorar esta ilusión aumentando la similitud física entre el modelo de PA y el objeto que representa, o en otras palabras, aumentando la fidelidad del modelo de PA. Por ejemplo, se puede simular dinámicamente la forma en que los reflejos especulares de un objeto se mueven cuando el espectador cambia de posición. Esto permite que un modelo de PA parezca estar hecho de una amplia gama de materiales. Por ejemplo, un jarrón de arcilla opaco puede parecer hecho de un material plástico brillante.
Sin embargo, el que se produzca o no la ilusión del modelo de PA depende completamente de la impresión perceptiva subjetiva del usuario. Por lo tanto, aumentar la fidelidad de los diferentes aspectos de un modelo de PA puede tener cada uno un efecto diferente en la intensidad de la ilusión. Esto es esencialmente lo mismo que la forma en que aumentar la fidelidad de los diferentes aspectos de una imagen fotorrealista generada por computadora puede tener cada uno un efecto diferente en el grado en que la imagen se percibe como una fotografía real (Longhurst, Ledda y Chalmers, 2003; Rademacher, Lengyel, Cutrell y Whitted, 2001). Por ejemplo, aumentar la fidelidad de las texturas en la imagen puede ser típicamente más importante que aumentar la fidelidad de las sombras. Por lo tanto, no se puede asumir que aumentar la fidelidad de cualquier aspecto de un modelo de PA fortalecerá automáticamente la ilusión del modelo de PA y, de manera similar, no se puede asumir que disminuir la fidelidad de cualquier aspecto la debilitará automáticamente. Por lo tanto, dado que no se han realizado investigaciones previas sobre esta ilusión, es difícil determinar el éxito de la tecnología que pretende mejorarla y tomar decisiones informadas al desarrollar una nueva tecnología. Las capacidades del sistema perceptivo humano deberían guiar el desarrollo de cualquier interfaz avanzada (Stanney et al., 2004), por lo que es necesario abordar esta cuestión.
Nota: Los modelos de proyección aumentada a veces se denominan "lámparas sombreadoras" (Raskar, Welch, Low y Bandyopadhyay, 2001, pág. 89).
Azuma, R., Baillot, Y., Behringer, R., Feiner, S., Julier, S. y MacIntyre, B. (2001). Avances recientes en realidad aumentada. IEEE Computer Graphics and Applications, 21(6), 34-47.
Baradaran, H., y Stuerzlinger, W. (2005). Una comparación de herramientas de construcción 3D reales y virtuales con usuarios novatos. En Actas de la Conferencia Internacional sobre Gráficos por Computadora y Realidad Virtual – CGVR'06 – parte del Congreso Mundial de 2006 en Ciencias de la Computación, Ingeniería Informática y Computación Aplicada - WORLDCOMP'06. Academia Mundial de Ciencias.
Billingshurst, M., Grasset, R. y Looser, J. (2005). Diseño de interfaces de realidad aumentada [ enlace inactivo ] . En Actas de la Conferencia anual sobre gráficos por computadora y técnicas interactivas – SIGGRAPH'05 (pp. 17–22). Nueva York: ACM Press.
Bimber, O., Gatesy, S., Witmer, L., Raskar, R. y Encarnacao, L. (2002). Fusión de especímenes fósiles con información generada por computadora. IEEE Computer, 35(9), 25-30.
Bimber, O., y Raskar, R. (2005). Realidad aumentada espacial: un enfoque moderno de la realidad aumentada. En Actas de la Conferencia anual sobre gráficos por computadora y técnicas interactivas - SIGGRAPH'05. Nueva York: ACM Press.
Borst, C., y Volz, R. (2005). Evaluación de un sistema de realidad mixta háptica para interacciones con un panel de control virtual. Presence: Teleoperators and Virtual Environments, 14(6), 677-696.
Brooks, F. (1999). ¿Qué tiene de real la realidad virtual? IEEE Computer Graphics and Applications, 19(6), 16-27.
Burdea, G., y Coffet, P. (2003). Tecnología de realidad virtual, 2.ª edición. Washington: Wiley-IEEE Press.
Cruz-Neira, C., Sandin, D., y DeFanti, T. (1993). Realidad virtual basada en proyección en pantalla envolvente: el diseño e implementación de CAVE. En Actas de la Conferencia Anual sobre Gráficos por Computadora y Técnicas Interactivas - SIGGRAPH'93 (pp. 135–142). Nueva York: ACM Press.
"Michael Naimark: entornos cinematográficos interactivos e inmersivos, 1977-1997. Exposición en la Conferencia anual sobre gráficos por ordenador y técnicas interactivas – SIGGRAPH'05". 2005. Archivado desde el original el 5 de noviembre de 2015. Consultado el 5 de marzo de 2024 .
Drettakis, G., Roussou, M., Tsingos, N., Reche, A. y Gallo, E. (2004). Técnicas basadas en imágenes para la creación y visualización de entornos virtuales interactivos fotorrealistas. En Actas del 10º Simposio Eurographics sobre entornos virtuales – EGVE'04 (pp. 157–166).
Dutson, A., y Wood, K. (2005). Uso de prototipos rápidos para la evaluación funcional de diseños de productos evolutivos. Rapid Prototyping Journal, 11 (3), 125-11.
Evans, M., Wallace, D., Cheshire, D., y Sener, B. (2005). Una evaluación del modelado de retroalimentación háptica durante la práctica del diseño industrial. Design Studies, 26, 487-508.
"CAVE: El sistema de visualización totalmente inmersivo más instalado del mundo". FakeSpace. 2006. Archivado desde el original el 8 de enero de 2008. Consultado el 20 de septiembre de 2006 .
Fischer, J., Bartz, D. y Straßer, W. (2006). Realismo visual mejorado mediante la incorporación de efectos de imagen de cámara. En Actas del Simposio internacional sobre realidad mixta y aumentada - ISMAR'06. Washington: IEEE Computer Society Press.
Gibson, I., Gao, Z. y Campbell, I. (2004). Un estudio comparativo de prototipos virtuales y prototipos físicos. Revista internacional de tecnología y gestión de la fabricación, 6(6), 503-522.
Hirooka, S., y Saito, H. (2006). Sistema de visualización virtual sin calibración que utiliza un proyector de vídeo sobre la superficie de un objeto real. IEICE-Transactions on Info and Systems - Sección especial sobre realidad artificial y teleexistencia, E89-D(1), 88-97.
Hoffman, H., Garcia-Palacios, A., Carlin, C., Furness, T., Botella-Arbona, C. (2003). Interfaces que curan: acoplando objetos reales y virtuales para curar la fobia a las arañas. International Journal of Human-Computer Interaction, 16, 283-300.
Ichida, H., Itoh, Y., Kitamura, Y., y Kishino, F. (2004). ActiveCube y sus aplicaciones 3D. En Actas de la Conferencia de Realidad Virtual del IEEE – VR'04. Washington: IEEE Computer Society Press.
Ishii, H., y Ullmer, B. (1997). Bits tangibles: hacia interfaces sin fisuras entre personas, bits y átomos. En Actas de la Conferencia sobre factores humanos en sistemas informáticos – CHI-97 (pp. 234–241). Nueva York: ACM Press.
Ishii, H. y Ullmer, B. (2001). Marco emergente para interfaces de usuario tangibles. En J. Carroll (Eds.), Interacción persona-ordenador en el nuevo milenio (pp. 579–601). Addison-Wesley.
Jacucci, G., Oulasvirta, A., Psik, T., Salovaara, A., y Wagner, I. (2005). Pintura y collage de realidad aumentada: evaluación de la interacción tangible en un estudio de campo. En Actas de la Décima Conferencia Internacional IFIP-TC13 sobre Interacción Hombre-Ordenador INTERACT'05 (pp. 43–56).
Keller, I., y Stappers, P. (2001). TRI: Soporte de inspiración para un entorno de estudio de diseño. Revista internacional de computación de diseño, 3, 1-17.
Khoudja M., Hafez M. y Kheddar A. (2004). Interfaces táctiles. Un estudio de vanguardia. En Actas del 35.º Simposio Internacional sobre Robótica (pp. 721–726).
Kölsch, M., Bane, R., Höllerer, T., y Turk, M. (2006). Interacción multimodal con un sistema de realidad aumentada portátil. IEEE Computer Graphics and Applications, 26(3), 62 -71.
Lee, S., Chen, T., Kim, J., Han, S. y Pan, Z. (2004). Evaluación de propiedades afectivas de diseños de productos virtuales. En Actas de la Conferencia de Realidad Virtual del IEEE – VR'04 (págs. 207-216). Washington: IEEE Computer Society Press.
Lee, W., y Park, J. (2006) Espuma aumentada: realidad aumentada tangible y agarrable para la simulación del diseño de productos. Boletín de la Sociedad Japonesa para la Ciencia del Diseño, 52(6), 17-26.
Liljegren, G., y Foster, E. (1990). Figura con imagen retroproyectada mediante fibra óptica. Patente estadounidense n.° 4.978.216, Walt Disney Company, Burbank, California, EE. UU., 18 de diciembre de 1990.
Longhurst, P., Ledda, P. y Chalmers, A. (2003). Técnicas artísticas basadas en la psicofísica para aumentar el realismo percibido en entornos virtuales, en Actas de la 4.ª Conferencia internacional sobre gráficos por ordenador, realidad virtual, visualización e interacción en África - AFRIGRAPH '03 (págs. 123-132). Nueva York: ACM Press.
Milgram, P. y Kishino, F. (1994). Una taxonomía de visualizaciones de realidad mixta. IEICE Transactions on Information and Systems, número especial sobre realidad en red (E77D), 12, 1321-1329.
Naimark, M. (2005). Dos espacios de proyección inusuales. Presencia: teleoperadores y entornos virtuales, Número especial sobre proyección, 14(5), 597-506.
Naimark, M. (1984). "'Desplazamientos'. Una exposición en el Museo de Arte Moderno de San Francisco". www.naimark.net . Consultado el 20 de septiembre de 2006 .
Nam, T. (2005). Plataforma de creación rápida de prototipos basada en bocetos para productos interactivos integrados de hardware y software. En Actas del tercer simposio sobre percepción aplicada en gráficos y visualización en SIGGRAPH – APGV'05 (pp. 1689–1692). Nueva York: ACM Press.
Nam. T. (2006). Bocetos para el diseño de productos interactivos integrados de hardware y software. En Actas de la Conferencia sobre factores humanos en sistemas informáticos - CHI'06, Taller sobre "Bocetos" que fomentan la creatividad: puntos en común en el arte, el diseño, la ingeniería y la investigación. Nueva York: ACM Press.
Nam, T., y Lee, W. (2003). Integración de hardware y software: realidad aumentada basada en un método de creación de prototipos para productos digitales. En Actas de la Conferencia sobre factores humanos en sistemas informáticos CHI'03 (pp. 956–957). Nueva York: ACM Press.
Ni, T., Schmidt, G., Staadt, O., Livingston, M., Ball, R. y May, R. (2006). Un estudio de tecnologías, técnicas y aplicaciones de pantallas de alta resolución de gran tamaño. En Actas de la Conferencia de Realidad Virtual del IEEE – VR'06 (págs. 223–236). Washington: IEEE Computer Society Press.
Rademacher, P., Lengyel, J., Cutrell, E., y Whitted, T. (2001). Medición de la percepción del realismo visual en imágenes. En Actas del 12.º Taller Eurographics sobre técnicas de renderización (págs. 235-248). Springer.
Raskar, R., Welch, G., Low K. y Bandyopadhyay, D. (2001). Lámparas de sombreado: animación de objetos reales con iluminaciones basadas en imágenes. En Actas del 12.º Taller Eurographics sobre técnicas de renderizado (págs. 89-102). Springer.
Saakes, D. (2006). Luz material: exploración de materiales expresivos. Personal Ubiquitous Computing, 10(2), 144-147.
"Exposición de fósiles de dinosaurios" (PDF) . Museo Senckenberg. 2006. Archivado desde el original (PDF) el 2006-05-17 . Consultado el 2006-09-20 .
Stanney, K., Samman, S., Reeves, L., Hale, K., Buff, W., Bowers, C., Goldiez, B., Nicholson, D., y Lackey, S. (2004). Un cambio de paradigma en la informática interactiva: derivación de principios de diseño multimodal a partir de fundamentos conductuales y neurológicos. Revista internacional de interacción hombre-ordenador, 17(2), 229-257.
Stevens, B., Jerrams-Smith, J., Heathcote, D. y Callear, D. (2002). Convertir lo virtual en realidad: evaluación de la presencia de objetos con modelos aumentados por proyección. Presencia: teleoperadores y entornos virtuales, 11(1), 79-92.
Umemoro, H., Keller, I., y Stappers, P. (2003). Más luz en tu mesa: realidad virtual esquemática del tamaño de una mesa para favorecer la colaboración fluida. En Actas de la 6.ª Conferencia Internacional de Diseño Asiático.
Verlinden, J., Horváth, I., y Edelenbos, E. (2006). Tratado de tecnologías para prototipado interactivo aumentado. Actas del 7º Simposio Internacional sobre Herramientas y Métodos de Ingeniería Competitiva – TMCE'06. Róterdam: Millpress.
Whitton, M. , Lok, B., Insko, B. y Brooks, F. (2005). Integración de objetos reales y virtuales en entornos virtuales. Artículo invitado. En Actas de la Conferencia Internacional HCI.
Bennett, E., y Stevens, B. (2006). El efecto que los problemas visuales y hápticos asociados con el tacto de un modelo de proyección aumentada tienen sobre la presencia de objetos. Journal of Presence: Teleoperators and Virtual Environments, edición especial de los mejores artículos de la International Presence Conference, 15(4), 419-437, MIT Press.
Bennett, E., y Stevens, B. (2006). El marco de trabajo 'Detección, percepción y presencia de objetos': una estructura unificada para investigar representaciones ilusorias de la realidad. En Actas del Simposio de Percepción Aplicada y Gráficos por Computadora de SIGGRAPH.