alberto raposo tecgraf, depto de informática., puc-rio...
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3D User Interfaceshttp://www.tecgraf.puc-rio.br/~abraposo/inf2791/
Aula 03 – Input - Output
Alberto Raposo
Tecgraf, Depto de Informática.,PUC-Rio - Rio de Janeiro
Aula 03 – Input - Output
abraposo@
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E, afinal, o que é 3DUI ?
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Definição formal de 3DUI
• Uma definição formal para 3DUI
…a human-computer interface in which the
language used by the user to introduce commands
and information into the computer, and/or the
language used by the computer to present language used by the computer to present
information to the user, are based on the physical
space and its three dimensions.
• Relaciona o uso de tecnologia 3D como uma interface entre o usuário e o computador, como entrada, saída, ou ambos.
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Refinando um pouquinho mais
• Interação 3D: Interação Humano-Computador em que as tarefas do usuário ocorrem em um contexto espacial 3D– Dispositivos de entrada 3D– Dispositivos de entrada 2D com mapeamento direto para
3D3D• 3DUI: UI que envolve Interação 3D• Técnica de interação 3D: método (hardware ou
software) que permite ao usuário realizar uma tarefa numa 3DUI
Curso CHI 2008 (D. Bowman et al.) http://people.cs.vt.edu/~bowman/3dui.org/CHI_2008.html
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Por quê 3D UI é útil
• Reforça sentimento de imersão• Usa habilidades naturais do usuário• Baixa distância cognitiva entre ação e visualização �
permite montar modelos mentais complexos
• Problema: o que “funciona” atualmente são interações 3D bem simples: walkthroughs, games, etc. Interações 3D mais complexas (design imersivo, visualização científica, etc) ainda têm muitas limitações de usabilidade
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Interação 3D
• 3D como entrada– Mouse 3D
– Rastreamento• Cabeça
• Mãos• Mãos
• Movimentos, gestos
– Mapeamento de 3D em dispositivos 2D
• 3D como saída– Virtual environments
– Estereoscopia
– AR
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3D output
Cap. 3 – Livro Bowman
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3D como saída
• Displays estacionários– Monitores e Fishtank– Workbench– Hemispherical– Surround screens– Surround screens– Reaching displays
• Head based displays– HMD– AMD– Hand held display
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Monitores e Fishtank
• Monitores auto-estereoscópicos
• Adicionando head-tracking ao monitor: fishtank
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Workbenches
• Projeção estereoscópica + headtrackin
• Horizontal, vertical ou inclinada
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Display wall
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Projeções hemisféricas ou cilíndricas
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CAVEs
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Reaching displays
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Head-Mounted (HMD), Arm-Mounted (AMD) Displays, Hand held
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E o que mais inventarem
Hang-glider
ThorusThorus
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Agora olhando sobre a ótica do número de usuários
• Personal
• Multi-user
• Crowd
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Personal Systems
• Desktop Display
• Domes• Domes
• Head-Mounted Displays
• Virtual Retinal Displays
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Multi-user Displays
• Collaborative Desks
• Display Walls
• Rectilinear Displays
• Wrap-around Screens
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Crowd Displays
• Large-Scale Displays
• Spatially Augmented Displays
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Propriedades dos displays
– Cor, Brilho e Contraste;– Resolução Espacial;– Field of View – FOV;– Field of Regard – FOR;– Refresh Rate;– Opacidade (Real World Occlusion);– Masking;
– Light Transfer;
– Ergonomia;
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Brilho: Como medir?
• De várias formas:– ANSI lumens
• Divide imagem de 1 metro quadrado em 9 retangulos iguais retangulos iguais
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Contraste
• Expressed as a ratio between the brightest and darkest areas of the image.
500,000:1 Zorro
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Contraste
• On/Off contrast X ANSI contrast
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Resolução
StandardResolution
(pixel dimensions)Aspect Ratio Pixels
VGA 640x480 4:3 307,200
SVGA 800x600 4:3 480,000
XGA 1024x768 4:3 786,432
SXGA 1280x1024 5:4 1,310,720
SXGA+ 1400x1050 4:3 1,470,000
WUXGA 1920×1200 16:10 2,304,000
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Tamanho do pixel
1 Pixel
1 Pixel
1 Pixel
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FOV – Field of View
• Abertura máxima de ângulo de visão que pode ser visualizado em um dado instante em um display:– HMD: 30 a 60º horizontal– HMD: 30 a 60º horizontal
– CAVE: 270º horizontal (se não for de 6 lados)
– Ser humano: 200o
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FOR – Field of Regard
• O quanto espacialmente o usuário é envolvido pelo mundo virtual.
• FOV: espaço físico instantâneo vs FOR: espaço físico potencialespaço físico potencial– Ex.: HMD tem FOV baixo, mas FOR de 360º.
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Scan Rate / Display Frequency
• Frequency:– Bandwidth (MHz)
– Horizontal frequency range (KHz)
– Vertical frequency range (Hz)– Vertical frequency range (Hz)
• Some projectors compress or change the source frequency.
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• CRT
• LCD
Common Projection Technologies
Brightness : about 250 lumensContrast : about 2500:1Resolution : about 2500x2048 pixelsScan : about 180Hz
Brightness : about 6500 lumensContrast : about 400:1Resolution : about 1024x768 pixelsScan : about 120Hz
• DLP
• LCOS
Scan : about 120Hz
Brightness : about 14000 lumensContrast : about 1500:1Resolution : about 1400x1050 pixelsScan : about 120Hz
Brightness : about 10000 lumensContrast : about 10,000:1Resolution : about 4096x2160 pixelsScan : about 120Hz
* Approximated values
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Opacidade
• Capacidade do display de esconder, obstruir ou incluir a visão do mundo real– HMD esconde mundo real
– Displays estacionários obstruem parcialmente o – Displays estacionários obstruem parcialmente o mundo real
– Displays see-through de RA combinam real e virtual
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Masking
• O quanto um objeto real obstrui um virtual e vice-versa
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Outras formas de output 3D
• Som espacial
• Haptics
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3D input
Cap. 4 – Livro Bowman
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Propriedades dos dispositivos
• DOFs
• Tipo de eletrônica: digital ou analógico
• Tipo de dados gerados: contínuo, discreto, híbrido
• Ação do usuário requerida: ativo, passivo, híbrido• Ação do usuário requerida: ativo, passivo, híbrido
• Maneira de prover informação: push, pull, híbrido
• Frame of reference: absoluto (position tracker), relativo (Wii)
• Propriedades capturadas: posição, movimento, força
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Classificação “prática” dos dispositivos (Bowman)
• Desktop devices
• Tracking devices
• Luvas
• 3D mice
• Special purpose devices
• Direct human input
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Desktop devices
• Space ball, space mouse– 6 DOF sem tracking
– Geralmente são isométricos*
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Desktop devices
• Teclados
• Joysticks (3D ?)
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Position control vs. Rate control vs. Isometric devices
• Position control: pára quando movimento pára– Ex., mouse
• Rate control ou isotônico: cursor continua movendo se usuário pára dispositivo em movendo se usuário pára dispositivo em posição diferente da neutra– Ex., maioria dos joysticks
• Dispositivos isométricos: alta constante de mola (inércia), de modo que a saída varia de acordo com a força aplicada pelo usuário
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Tracking devices
• Medem posição e/ou orientação de um sensor• Head tracking
– Controla paralax– Visualização mais “natural”– Visualização mais “natural”
• Hand, foot, etc, tracking– Motion capture– Interação de corpo inteiro
• Objects tracking– Ex: pincel virtual, volante, revólver, etc
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Tecnologias para tracking
• Magnético
• Mecânico
• Acústico
• Inercial
• Óptico (ver vídeo Manuel)
• Híbrido
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Luvas
• Bend-sensing: detecta posturas estáticas (secombinadas com tracking:posição + gestos)posição + gestos)
• Pinch gloves: determina combinações de toques entre pontas dos dedos
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3D mice
• Pode-se ver de duas formas:– Tracking devices combinados com outros
componentes físicos de interação: botões, sliders, etcetc
– Mouse cuja posição pode seer detectada no espaço 3D, e não só numa superfície plana
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Special purpose devices
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Direct human input
• Eye tracking
• Brain input
• Sinais psicológicos
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Tablet PC: dispositivo “completo” para 3DUI
• Provê input e output
• Tem memória interna
• Wireless
• Portável, “leve”, robusto• Portável, “leve”, robusto
• Permite entrada textual / numérica
• Pode ser rastreado para prover input espacial
• Porém– Fadiga
– Necessita aplicações distribuídas
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Como escolher?
• Dificuldades– Há muitas opções disponíveis
– Não há padrão bem definido