Desenvolvimento de um protótipo de realidade aumentada em ambientes externos para visualização de modelos virtuais georreferenciados

Abstract

Resumo: Neste estudo apresenta-se uma proposta metodológica para construção de um protótipo de Realidade Aumentada (RA) para visualização de modelos virtuais em escala 1:1 em ambientes externos. A RA é uma tecnologia baseada na sobreposição harmônica do cenário do mundo real (MR) registrado a partir de sensores de imageamento com o cenário do mundo virtual (MR) gerado por computação gráfica em tempo real. Nesta pesquisa foram explorados três aspectos relevantes em RA, a saber: o problema da integração dos sensores; o problema da determinação dos parâmetros de orientação interior (OI) da Webcam e de seus parâmetros de orientação exterior (OE); e a viabilidade do método para ambientes externos. O sistema desenvolvido está equipado com um sensor inercial de baixo custo integrado a um receptor GPS de dupla freqüência, uma Webcam e um óculos de visualização HMD. A criação do cenário virtual foi feita com uso de dados LiDAR, e arquivos CAD e a qualidade da visualização está associada à precisão dos equipamentos usados no sistema. Os parâmetros de OI foram definidos a partir da calibração da Webcam, os parâmetros de OE são definidos em tempo real, para isso foram usados os sensores de navegação e posicionamento supracitados para determinar diretamente a orientação e posição do usuário no momento da visualização do cenário. Dois experimentos foram realizados e os resultados obtidos mostraram a viabilidade do uso do sistema para estudos em ambientes externos. Palavras-chave:Realidade Aumentada, Realidade Virtual, sensores de navegação e posicionamento, LiDAR.

Abstract: This research implements and demonstrates a methodology for building an outdoor augmented reality prototype for visualization of virtual models in 1:1 scale.The AR system combines the interactive real world with an interactive computer-generated world in such a way that they appear as one environment in real time. As the user moves around the real object, the virtual (i.e. computer generated) one reacts as it is completely integrated with the real world. In this research has been explored three important aspects in augmented reality system: the problem of sensors's integration; the problem of determining the video camera's parameters of interior orientation and its parameters of exterior orientation; and the viability of the method for outdoor environments. The developed system is equipped with a low-cost inertial sensor integrated with a dual frequency GPS receiver, a Webcam and a Head Mounted Display with special glasses. The development of the virtual models was made with LiDAR data and CAD files. The quality of the visualization is associated with the accuracy of equipment used in the system. The interior orientation parameters were defined from the camera calibration, the parameters of external orientation weredefined in real time. For that were used the navigation and positioning sensors to directly determine the orientation and position of the user when viewing the scene.Two experiments were conducted and the results showed the system viability for outdoor environment. Keywords:augmented reality, virtual reality, navigation and positioning sensors, LiDAR.