Realidade aumentada: foi um longo percurso até à sua aplicabilidade industrial!
Foto: euroworks.ca
Fonte do artigo: Centro de Computação Gráfica (CCG)
Autor: Nuno Sousa
O conceito de Realidade Aumentada (RA) já surgiu há 56 anos, em 1962, mas só atualmente é que a aposta nesta tecnologia tem dado resultados nítidos, com a sua aplicabilidade na indústria a revelar-se vantajosa para as empresas dos mais diversos setores. Neste artigo olhamos para o nascimento da realidade aumentada, para a tecnologia existente, e para as suas várias aplicações atuais, com especial destaque para a sua utilização na indústria.
"Um sistema de realidade aumentada tem de combinar o mundo real com elementos virtuais, deve ser interactivo, correr em real time e os objetos 3D devem estar alinhados com o mundo real. Os elementos virtuais estão associados às modalidades sensoriais incluindo: visual, auditiva, tacto, háptica e olfativa; no entanto, a maioria das utilizações da tecnologia de RA fica-se apenas pela estimulação visual."
Realidade aumentada: uma breve história
A primeira referência ao conceito de Realidade Aumentada remonta ao ano de 1962 quando Morton Heilig construiu uma máquina com tecnologia multisensorial imersiva que denominou de Sensorama.
Esta máquina oferecia uma experiência de RA multisensorial imersiva já que era capaz de exibir imagens em 3D, som estéreo, sensações hápticas através da inclinação do corpo e sensações de vento e aromas (a título de exemplo ver o dispositivo desenvolvido por Tajuki Narumi[1]).
Em 1968, Ivan Sutherland desenvolveu o primeiro head mounted display (HMD[2]) a que chamou The Sword of Damocles, que é um dispositivo usado na cabeça, ou parte integrante de um capacete, que possui um display óptico em frente de um (HMD Monocular) ou de cada olho (HMD Binocular).
Apesar do conceito já existir há imenso tempo, o termo Realidade Aumentada só foi criado em 1992 pelo investigador Tom Caudell[3] da Boeing. Ele e o seu colega David Mizell tiveram o desafio de fornecer uma alternativa aos diagramas e dispositivos de marcação usados para guiar os trabalhadores no chão de fábrica da empresa. A solução que desenvolveram foi um HMD que poderia ser usados pelos trabalhadores e exibia os diagramas e esquemas dos aviões e os projetava em placas reutilizáveis, sendo que a informação a visualizar poderia ser alterada através de computador.
Realidade aumentada: exemplos e abordagens
A RA tornou-se popular entre as massas através do jogo Pokémon GO[4] que foi lançado em julho de 2016. O jogo utilizava o GPS e a câmara dos dispositivos compatíveis e permitia aos jogadores capturar, batalhar, e treinar criaturas virtuais, chamadas Pokémon, que apareciam nas telas dos dispositivos como se estivessem integrados no mundo real.
Fruto do sucesso do jogo, que teve a adesão de milhões de jogadores, o termo RA saiu do seu nicho mais reduzido e entrou na boca das massas. A tecnologia utilizada para a aumentação dos elementos virtuais (no caso os Pokemons) no mundo real era a geolocalização. Porém, a tecnologia mais comum para esse efeito é a Visão por Computador (VC).
Devido ao erro do GPS[5], o posicionamento dos Pokémons tem uma falha assinalável (normalmente maior de 6 metros). Esse erro na precisão de posicionamento neste contexto, do jogo Pokemon GO, não é muito importante, mas, para utilizações da RA em aplicações industriais, esse valor de erro inviabiliza a sua aplicação prática.
Imagem 1: Pokémon Go
A tecnologia RA para obter maior precisão utiliza VC através de duas abordagens principais:
com marcadores, que são imagens impressas com padrões optimizados para reconhecimento pelas câmaras dos dispositivos;
sem marcadores, em que é feita o reconhecimento do espaço real através de uma reconstrução tridimensional desse mesmo espaço.
Realidade aumentada: aplicações
A RA pode ser experienciada através de um grande número de dispositivos de hardware como smartphones, tablets, computadores fixos ou portáteis, óculos inteligentes e HMDs.
A abordagem a utilizar de entre (1) e (2), e a qualidade dos elementos virtuais a aumentar desejada, é que define qual é o dispositivo a utilizar em cada caso.
A abordagem (1) é suportada por todos os dispositivos referidos, mas para a abordagem (2) normalmente apenas os HMDs são utilizados.
Os HMDs de RA são dispositivos de elevado custo e têm um conjunto de hardware bastante especializado, que é o necessário para fazer a reconstrução tridimensional do espaço real. Atualmente, o HMD de RA mais conhecido é o Microsoft Hololens, que na verdade é um dispositivo de Realidade Mista.
Imagem 2: HoloLens: Microsoft Press tool pictures.
Realidade virtual, realidade aumentada e realidade mista
Milgram[6] em 1994 definiu algo a que designou "Virtuality Continuum"[7]: uma escala que ia desde o completamente virtual, a virtualidade, (que é vulgarmente conhecida por Realidade Virtual) e o completamente real, a realidade.
Entre estes dois extremos situa-se a Realidade Mista (RM), que é a combinação do mundo virtual com o mundo real, onde é possível uma interação entre objetos reais e virtuais. A RA é um tipo de RM que se encontra mais próximo do extremo da realidade. Mais do que o dispositivo reconhecer o espaço real e apenas sobrepor elementos virtuais ao mesmo, a RM pretende, por exemplo, que um candeeiro virtual seja colocado numa mesa física real e seja afetado pela luz ambiente, de forma a que não seja possível distinguir-se se este é real ou virtual.
A RM pretende ainda dar resposta a desafios técnicos como a oclusão de um elemento virtual por um elemento real, que é uma caraterística importante para que a integração do virtual com o real seja perfeita. Além disso, pretende-se com RM que seja possível manipular objetos virtuais. O Microsoft Hololens permite endereçar estes objetivos da RM e é por isso que é considerado um dispositivo desse tipo.
Imagem 3: Reality–virtuality continuum
Óculos de realidade aumentada: os melhores dispositivos
Um dos dispostivos de RM mais aguardados é o Magic Leap One[8] que com a sua tecnologia de "Lightfield Photonics" promete revolucionar o mundo de RA e MR. A tecnologia promete "gerar luz digital em diferentes profundidades e combinar perfeitamente com a luz natural para produzir objetos digitais realistas que coexistem no mundo real". A ideia é que essa tecnologia avançada permita ao nosso cérebro processar naturalmente objetos digitais da mesma forma que os objetos do mundo real, com o objetivo de tornar os óculos inteligentes mais confortáveis de usar por longos períodos de tempo.
A empresa Magic Leap, apesar de ainda nem sequer ter lançado o único dispositivo no mercado, tem recebido um grande investimento, no total de 2,3 mil milhões de dólares, de vários investidores importantes como Google, Alibaba, JP Morgan e Warner Bros entre outros[9], gerando por esse facto uma grande expetativa de que haja uma enorme revolução tecnológica na área de RA.
Um dispositivo de RA bastante direcionado para o mercado industrial chama-se Daqri SmartGlasses[10], uns óculos que têm contra si o elevado preço.
Semelhantes a estes, mas a um preço mais acessível, existem os Moverio Pro BT 2000[11] da Epson e os os Vuzix M300[12]. Estes tipos de dispositivos de RA são chamados de óculos inteligentes porque são mais compactos e têm menor capacidade de processamento. Estes dispositivos são úteis para apresentação de informação 2D e normalmente possuem de base um sistema operativo Android como os dispositivos móveis.
Um exemplo famoso deste tipo de óculos de inteligentes foram os Google Glasses que foram descontinuados[13] para o mercado de consumo em janeiro de 2015, mas tiveram um relançamento no mercado empresarial com a empresa Glass[14].
Vantagens da realidade aumentada no contexto industrial
Mais recentemente, a indústria começou finalmente a perceber que a aplicação da RA se demonstra como um fator inovador e diferenciador, num mercado cada vez mais competitivo. As suas aplicações podem ser imensas, assim como as vantagens daí decorrentes:
melhor visualização de cenários;
melhor formação;
maior segurança no trabalho;
menos paragens produtivas;
inovação, etc.
Exemplos de aplicabilidade da realidade aumentada e mista na indústria pelo CCG ao longo dos tempos
O CCG, pelo seu domínio Computer Vision and Interaction Graphics (CVIG), ao longo dos anos, tem vindo a desenvolver múltiplos projetos focados nesta tecnologia, transversal a várias áreas e setores da indústria.
Cada um destes projetos trouxe vantagens específicas ao negócio em questão. A título de exemplo ficam alguns desses projetos e aplicações.
VrInMotion e ArPad: visualização de mobiliário em contexto real, por intermédio de um sistema de RA. Um conceito de utilização que foi mais tarde explorado pela IKEA[15].
HeritageCARE: aumento da eficiência dos inspetores de edifícios históricos por intermédio de RM. Esta solução permite a interação direta com cada objeto paramétrico em tempo real, acedendo a dados de inspeções anteriores e guardando as novas[16];
Assistentes Virtuais: reprodução das tarefas de processamento do couro do século XIX, por RA, em particular, no local onde se encontra instalado (Centro Ciência Viva de Guimarães).
Calçado, vestuário, moda, lojas
Walkys – Provador virtual de calçado: criação de uma experiência interativa, com RA, que permite a qualquer utilizador experimentar calçado virtualmente.
Perfume design: I- SENSIS II: difusão uniforme no espaço físico de aromas, sincronizadamente com imagens de vídeo; resultando numa experiência multissensorial verdadeiramente imersiva, através de uma versão wireless do produto existente.
PT21: Shop of the future – Smart fitting room: prova virtual de roupa, através de RA, desenvolvendo a "Loja do Futuro".
FAMEST: visualização imersiva de modelos de calçado tridimensionais sobre o pé com recurso a técnicas de RA, criando ferramentas e conceitos para o calçado do futuro.
Cognito: visualização da atividade humana, através de uma interface final com o utilizador, por recurso à RA. Assim conseguiu-se aumentar a capacidade de captar, reconhecer e processar a atividade humana.
CMMS – Computerized Maintenance Management System: implementação de uma nova funcionalidade de RA capaz de apresentar in loco o máximo de informação disponível no sistema de gestão/base de dados (parâmetros monitorizados, documentação, histórico de manutenções, peças de substituição etc.).
UH4SP – Unified Hub for Smart Plants: desenvolvimento de uma arquitetura de software, orientada a serviços e soluções tecnológicas, incorporando a IoT e a Indústria 4.0. As funcionalidades com RA incluem: a Interface do motorista, através de dispositivo móvel, com foco no auxílio à navegação dentro de fábrica e recurso a RA; e a assistência remota, através da exploração de novos conceitos de telepresença em RM.
No âmbito da aposta do CCG na Realidade Mista foi desenvolvida uma demonstração, juntamente com a SONAE MC, para a aplicação no contexto de logística de hipermercados. Esta aplicação esteve em destaque no programa "NXT – O Próximo Passo" da TVI24. A solução visa otimizar a formação da atividade de picking na SONAE MC e aumentar os níveis de segurança no trabalho.
Este projeto fez parte da demonstração anual de resultados da SONAE. Ele consiste no desenvolvimento de uma solução de RM para a área da formação em preparação de encomendas.
Como se pode ver, a realidade aumentada pode ser aplicada na indústria de diversas formas, para as múltiplas empresas ou instituições. Assim, é cada vez mais usual e natural a absorção deste tipo de tecnologia no universo industrial e corporativo. Foi um longo caminho, mas um caminho belo de percorrer, e que ainda muito terá para mostrar.