Contexto de la sesión
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- Juana Cabrera Moya
- hace 6 años
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1 PROGRAMA DE POSTGRAU REALITAT VIRTUAL Dispositivos efectores. Tecnologías y dispositivos de visualización Carlos Andújar (UPC) Octubre Contexto de la sesión Módulo 2. Dispositivos y plataformas hardware. 2.1 Posicionadores, guantes y otros dispositivos de entrada 2.2 Dispositivos efectores. Dispositivos de visualización
2 Motivación Los sistemas de Realidad Virtual utilizan, además del hardware convencional, un hardware específico que tiene como misión engañar a los sentidos del participante. Este hardware reúne una parte considerable del coste total de un sistema VR; de su correcta elección puede depender el éxito o fracaso del sistema. Constituye la interficie física del sistema. 3 Motivación (ii) Al igual que el hardware de entrada, el mercado del hardware de salida presenta estas características: Pocos distribuidores (y poco formados) Dificultad de comparar productos similares (ej. calidad de imagen) Dificultad de valorar el producto a partir de la documentación. Mercado en contínua evolución (productos y fabricantes). Importancia de la formación en hardware. 4 2
3 Contenidos 1. Concepto y clasificación 2. Tecnologías de visualización 3. Calidad de imagen 4. Dispositivos de visualización 5. Efectores táctiles 5 Objetivos El estudiante deberá ser capaz de: Describir el funcionamiento y aplicaciones de los principales dispositivos de salida. Explicar las características y limitaciones de las distintas tecnologías de visualización. Interpretar las especificaciones de un dispositivo de salida. Comparar y valorar varios dispositivos de salida. Elegir el dispositivo de salida más adecuado a una aplicación concreta. Tomar decisiones sobre compra de hardware de salida. 6 3
4 Metodología y organización Metodología: Exposición teórica con participación de los estudiantes. Discusión y trabajo en grupo. Temporalización: Primera hora: temas 1 y 2 Segunda hora: temas 3 y 4 Tercera hora: temas 5 y 6 7 Contenidos 1. Concepto y clasificación 2. Tecnologías de visualización 3. Calidad de imagen 4. Dispositivos de visualización 5. Efectores táctiles 8 4
5 1. Concepto Dispositivos de salida (efectores): generan los estímulos necesarios para los sentidos del participante, traduciendo en imágenes, sonidos, etc. las señales de vídeo, audio, etc. que reciben del computador. señales eléctricas Dispositivos de salida imágenes, sonidos... 9 Clasificación Órganos sensoriales. Estímulo e importancia en VR: Cinco sentidos : Vista luz Oído sonido Tacto - presión, temperatura, dolor... Gusto - moléculas Olfato moléculas En realidad hay varias decenas: Propioceptores: peso, posición del cuerpo... Equilibrio: estabilidad del cuerpo Otros: hambre, sed, fatiga
6 Clasificación Efectores: Vista: Efectores visuales Cascos Sistemas basados en proyección Láser Oído: Efectores auditivos (altavoces) Tacto: Efectores táctiles (guantes táctiles, dispositivos de realimentación de fuerza) Equilibrio: Plataformas móbiles Gusto y olfato: apenas se utilizan en VR 11 Contenidos 1. Concepto y clasificación 2. Tecnologías de visualización 3. Calidad de imagen 4. Dispositivos de visualización 5. Efectores táctiles 12 6
7 2. Tecnologías de visualización Para pantallas: Cathode Ray Tube Liquid Crystal Display PDP Plasma Display Panel Para proyectores: - Cathode Ray Tube - Liquid Crystal Display DLP - Digital Light Processing 13 Fundamentos: luz como onda La luz, como todas las radiaciones electromagnéticas, se propaga en forma de ondas transversales. Una onda electromagnética se caracteriza por: Frecuencia (ciclos por segundo) Longitud de onda: distancia recorrida en el tiempo de un ciclo (nm). La luz visible: entre 350 nm (violeta) y 760 nm (rojo). Amplitud: cantidad de energía. 14 7
8 Fundamentos: color de la luz El color de la luz monocromática depende de su frecuencia: La luz que vemos resulta de la superposición de multitud de ondas de diferentes frecuencias. Su color dependerá de su diagrama espectral: intensidad de cada frecuencia. 15 Fundamentos: teoría aditiva Ojo humano: Conos (sensibles a rojo, verde, azul) Bastoncillos (luminosidad) El ojo mide propiedades muy simples del espectro. Espectros distintos pueden percibirse igual. Ej. rojo + verde = amarillo Puede reproducirse cualquier sensación de color mezclando aditivamente diversas cantidades de luz roja, azul y verde (colores aditivos primarios). 16 8
9 Fundamentos: polarización Normalmente cada fotón vibra en un plano paralelo a la dirección de propagación. Luz no polarizada: cada fotón vibra en un plano arbitrario. Luz polarizada linealmente: todos vibran en el mismo plano. Luz polarizada circularmente: el vector eléctrico gira en torno a la dirección de propagación, en sentido horario o antihorario. 17 Fundamentos: polarización Polarizador lineal: eje de polarización Polarizador circular: levogiro o dextrogiro Cristal líquido: capacidad de girar la luz polarizada. 18 9
10 Sesión práctica Polarizadores lineales Interacción Cómo está orientado el eje de polarización? Polarizadores circulares Interacción Laser 19 Tecnologías Para pantallas: PDP Para proyectores: DLP 20 10
11 Tecnologías Para pantallas: PDP Para proyectores: DLP Pantallas CRT: Ventajas: Alta resolución (1600x1200) Gran calidad de imagen Tecnología robusta (100 años) Inconvenientes: Alto voltaje. Alto consumo de energía. Peso Tamaño 21 Tecnologías Para pantallas: PDP Para proyectores: DLP 22 11
12 Tecnologías Para pantallas: PDP Para proyectores: DLP Pantallas LCD: Tipos: Active matrix (TFT), Passive matrix (STN) Ventajas: Cada pixel se direcciona de forma individual. Peso y tamaño. Bajo consumo de energía. Inconvenientes: Aliasing. Ángulo de visión reducido Tienen una resolución nativa. Resolución ligada al tamaño (usual 100 ppp) Respuesta lenta (>10 ms) 23 Tecnologías Para pantallas: PDP Para proyectores: DLP 24 12
13 Tecnologías Para pantallas: PDP Para proyectores: DLP Pantallas de plasma: Ventajas: Cada pixel se direcciona de forma individual. Excelente calidad de imagen Buen campo visual Extraplanos Inconvenientes: Precio muy elevado Pueden tener memoria Tienen una resolución nativa. Alto voltaje 25 Tecnologías Para pantallas: PDP Para proyectores: DLP Proyectores CRT Utilizan tubos CRT extremadamente brillantes. Una lente frente al CRT magnifica la imagen y la proyecta en la pantalla. Configuraciones: Un tubo CRT en color Un tubo CRT BW con una rueda de color Tres tubos CRT (R, G, B) 26 13
14 Tecnologías Para pantallas: PDP Para proyectores: DLP Proyectores LCD Como una pantalla LCD, pero en lugar de backlight utilizan una potente lámpara halógena. El panel LCD actúa como una diapositiva en un proyector de diapositivas (modulando el color). 27 Tecnologías Para pantallas: PDP Para proyectores: DLP Proyectores DLP Se basa en un chip de TI con millones de microespejos
15 Sesión práctica Polarización de los proyectores LCD Relojes con pantalla LCD 29 Contenidos 1. Concepto y clasificación 2. Tecnologías de visualización 3. Calidad de imagen 4. Dispositivos de visualización 5. Efectores táctiles 30 15
16 3. Calidad de imagen Factores que inciden en la calidad de imagen: Resolución Profundidad de color Frecuencia de refresco Campo visual Calidad de imagen Factores que inciden en la calidad de imagen: Resolución Número de pixels de la imagen Profundidad de color LCD, PDP, DLP: una resolución nativa Frecuencia de refresco Resolución elevada no es garantia de buena calidad resolución angular: Campo visual pixels por grado El ojo humano es capaz de distinguir unos 30 ciclos por grado. VGA SVGA XGA SXGA SXGA+ UXGA QXGA 640x x x x x x x
17 Calidad de imagen Factores que inciden en la calidad de imagen: Resolución Profundidad de color Frecuencia de refresco Campo visual Niveles de intensidad con que se puede mostrar el color. 16 (4 bits), 256 (8 bits), (16 bits), 16,7M (24 bits), 4.294M (32 bits) Depende del dispositivo y de la placa gráfica. CRT: teóricamente infinitos niveles DLP: limitado por la velocidad de oscilación de los microespejos. 33 Calidad de imagen Factores que inciden en la calidad de imagen: Resolución Profundidad de color Frecuencia de refresco Campo visual Del dispositivo (vertical frequency), Hz Deriva de las pantallas CRT En LCD y DLP es distinto. Depende del sincronismo vertical. Es un aspecto más bien hardware. Si es baja se produce parpadeo. De la aplicación gráfica (frame rate), fps Imágenes distintas por segundo Depende velocidad repintado FB Es un aspecto software Si es baja se percibe a saltos
18 Calidad de imagen Factores que inciden en la calidad de imagen: Resolución Campo visual (field-of-view, FOV) Profundidad de color Ojo humano: 180 grados Frecuencia de refresco Dispositivo: parte del campo visual Campo visual humano cubierta por la imagen. En VR, condiciona el nivel de inmersión! 35 Sesión práctica Web: presentation/en/products/product_specs.asp?element=
19 Contenidos 1. Concepto y clasificación 2. Tecnologías de visualización 3. Calidad de imagen 4. Dispositivos de visualización 5. Efectores táctiles Dispositivos de visualización Clasificación: Realidad Virtual Cascos estereoscópicos Dispositivos basados en proyección Realidad Aumentada Cascos see-through ópticos Cascos basados en cámaras de video 38 19
20 Cascos estereoscópicos Anulan completamente la visión del entorno real. Llevan sistemas de tracking Clasificación: HMD (Head-Mounted Displays) Tecnología LCD, CRT FOV: handicap (60º) HCD (Head-Coupled Displays) Tecnología CRT Posicionamiento más fiable Fácil combinar pantalla clásica 39 Basados en proyección Varían según número y disposición de las pantallas: CAVE Powerwall Workbench Holobench Domos Reality Rooms 40 20
21 Basados en proyección Varían según número y disposición de las pantallas: CAVE Powerwall Workbench Holobench Domos Reality Rooms 41 Basados en proyección Varían según número y disposición de las pantallas: CAVE Powerwall Workbench Holobench Domos Reality Rooms 42 21
22 Basados en proyección Varían según número y disposición de las pantallas: CAVE Powerwall Workbench Holobench Domos Reality Rooms 43 Basados en proyección Varían según número y disposición de las pantallas: CAVE Powerwall Workbench Holobench Domos Reality Rooms 44 22
23 Basados en proyección Varían según número y disposición de las pantallas: CAVE Powerwall Workbench Holobench Domos Reality Rooms 45 Basados en proyección Varían según número y disposición de las pantallas: CAVE Powerwall Workbench Holobench Domos Reality Rooms 46 23
24 Cascos vs proyección El usuario no debe transportar el dispositivo. No aisla del mundo real ni limita en la interacción con otros usuarios. Mejor visión periférica. El usuario puede ver su propio cuerpo (problema de la desorientación). Menos sensible a errores del sistema de tracking. Inestabilidad HMD ante giros: síndrome del simulador de vuelo. 47 Cascos see-through ópticos Clasificación: See-through See-around Monoculares 48 24
25 Cascos basados en vídeo 49 Contenidos 1. Concepto y clasificación 2. Tecnologías de visualización 3. Calidad de imagen 4. Dispositivos de visualización 5. Efectores táctiles 50 25
26 5. Efectores táctiles Clasificación Guantes táctiles Dispositivos realimentación de fuerza 51 Efectores táctiles Clasificación Guantes táctiles Dispositivos realimentación de fuerza (force feedback) 52 26
27 Resumen Importancia del hardware de salida. Tecnologías de visualización: HMD: LCD HCD: CRT Proyección: CRT, LCD, DLP Factores que condicionan la calidad de imagen Resolución, profundidad de color, frecuencia... Guantes tactiles y dispositivos de realimentación de fuerza 53 Recursos en la web Acoustic Positioning Systems (APR) inc. Barco United States Display Consortium (USDC)
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