Iniciación a ARToolKit
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Accesibilidad y Realidad Aumentada
Iniciación a ARToolKit
Vicente García Díaz – [email protected]
Universidad de Oviedo, 2012
Tabla de contenidos
1. Conceptos básicos
2. Principios de desarrollo
3. Otros datos de interés
4. AndAR
2
Iniciación a ARToolKit
¿Qué es ARToolKit?
• Es una librería software que sirve para construir aplicaciones AR
• Multiplataforma (Linux, Mac, Windows, …) • Escrita en C y C++ • Creado inicialmente por Hirokazu Kato (1999) • Human Interface Technology Laboratory
(HITLab) – University of Washington • Libre para usos no comerciales (GNU General
Public Licence) ▫ Las licencias comerciales las administra
ARToolworks (Seattle, USA) • http://www.hitl.washington.edu/artoolkit/
4
Conceptos básicos
Principales características
• Rastreo de posiciones
▫ Es muy complicado calcular el punto de vista del usuario para que los objetos superpuestos aparezcan alineados con los objetos del mundo real
• Realidad aumentada a través de video
▫ Los objetos se superponen a un video en directo del mundo real
• Realidad aumentada a través de una vista óptica
▫ Los objetos se colocan directamente en una vista del mundo real
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Conceptos básicos
Fuente: http://www.cs.unc.edu/~azuma/azuma_AR.html
¿Cómo funciona?
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Conceptos básicos
Fuente: https://www.artoolworks.com/
Un simple ejemplo
7
Conceptos básicos
Fuente: http://www.hitl.washington.edu/
Ejemplo ARToolKit (Audi)
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AndAR
Fuente: http://www.youtube.com/watch?v=UgQfo7eNFdw&feature=related
Ejemplo ARToolKit (Manual de Lego)
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AndAR
Fuente: http://www.youtube.com/watch?v=ogeIszG5ogQ
Ejemplo ARToolKit (Mueble virtual)
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AndAR
Fuente: http://www.youtube.com/watch?v=EyKBSWb0ysk
Ejemplo ARToolKit (Juego ARDefender)
11
AndAR
Fuente: http://www.youtube.com/watch?v=EyKBSWb0ysk
Ejemplo (Libros)
12
AndAR
Fuente: http://www.youtube.com/watch?v=UVhtB-SH5b8
Ejemplo (Juego PITStrategy)
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AndAR
Fuente: http://www.youtube.com/watch?v=EyKBSWb0ysk
Calibración de la cámara
• Los valores de configuración de las cámaras se guardan en un fichero camera_para.dat
• Se pueden crear ficheros específicos para cada cámara
• Existen dos tipos de calibraciones:
▫ En dos pasos (3D)
▫ En un paso (2D)
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Conceptos básicos
Patrones a utilizar
• calib_list.pdf y calib_cpara.pdf
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Conceptos básicos Calibración de la cámara en 2 pasos
Calibración mediante lista de puntos (I)
• calib_list.pdf se utiliza para ubicar el centro de la imagen y para calcular la distorsión de las lentes
• Se utiliza el programa calib_dist
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Conceptos básicos Calibración de la cámara en 2 pasos
Calibración mediante lista de puntos (II)
• Se debe repetir el proceso varias veces
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Conceptos básicos Calibración de la cámara en 2 pasos
Calibración mediante lista de puntos (III)
• Después de marcar los puntos se puede pasar a calcular el centro de la imagen y los parámetros de dispersión
• Se puede comprobar el resultado mostrando líneas entre los puntos
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Conceptos básicos Calibración de la cámara en 2 pasos
Calibración mediante rectángulos (I)
• calib_cparam.pdf se utiliza principalmente para calcular la distancia focal
• Se utiliza el programa calib_cparam
1. Indicar los parámetros obtenidos con calib_list
2. Poner el patrón en frente de la cámara (grande)
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Conceptos básicos Calibración de la cámara en 2 pasos
Fuente: http://www.nikonusa.com/
Calibración mediante rectángulos (II)
• Irán apareciendo líneas blancas ▫ Horizontales (hay que colocarlas de arriba abajo) ▫ Verticales (hay que colocarlas de izquierda a derecha)
• Se debe repetir el proceso varias veces (alejando la imagen hasta 50cm)
• Finalmente se pide un nombre de archivo para guardar los parámetros
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Conceptos básicos Calibración de la cámara en 2 pasos
Calibración de la cámara en un paso
• Se utiliza únicamente calib_list.pdf (el primero de los patrones anteriores)
• Se utiliza el programa calib_camera2
• Pide al usuario la distancia entre cada punto y después hay que hacer los mismos pasos que con calib_list
• Es menos preciso que la calibración en dos pasos
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Conceptos básicos
Arquitectura
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Conceptos básicos
Fuente: http://www.hitl.washington.edu/
Estructura
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Conceptos básicos
Fuente: http://www.hitl.washington.edu/
Introducción
• Las aplicaciones que utilizan ARToolKit tienen dos partes bien diferenciadas:
1. Escribir la aplicación
2. Entrenar a las rutinas de procesamiento de imágenes
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Principios de desarrollo
INICIO 1- Leer los parámetros de la cámara y cargar los archivos con los patrones usados como marcadores. Inicializar la captura de la cámara
REPETICIÓN 2- Capturar un frame a partir de la entrada de video
3- Detectar los marcadores situados dentro del frame
4- Calcular la posición y tamaño de los objetos virtuales
5- Superponer los objetos virtuales sobre el marcador
CIERRE 6- Finalizar la captura de video
Idea general
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Desarrollo de una aplicación sencilla Principios de desarrollo
Principales funciones utilizadas
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Principios de desarrollo
FASE PASO CORRESPONDENCIA CON FUNCIÓN EN CÓDIGO
INICIO 1- Inicializar captura init
REPETICIÓN 2- Capturar frame arVideoGetImage
3- Detectar marcadores arDetectMarker
4- Calcular posicionamiento arGetTransMat
5- Superponer objetos draw
CIERRE 6- Finalizar captura cleanup
• Además se utilizará una función main y una función mainLoop
Desarrollo de una aplicación sencilla
Limitaciones de ARToolKit
• Es necesario que el marcador se pueda ver por completo para poder ser identificado
• Sólo reconoce marcadores 2D
• La calidad depende de: ▫ Capacidad de la cámara
▫ Sencillez de los marcadores
▫ Posición de los marcadores
▫ Condiciones de luz
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Otros datos de interés
Tamaño del marcador (cm)
Alcance (cm)
7 41
9 64
11 86
19 127
Algunos complementos
• ARToolkit Professional ▫ Versión de pago con mejoras
• OpenVRML for ARToolkit ▫ Para trabajar con modelos creados utilizando Virtuality
Reality Modeling Language (VRML) • osgART ▫ Para trabajar con modelos creados utilizando
OpenSceneGraph • Studierstube tracker ▫ Una librería para mejorar la calidad y precisión de los
marcadores 2D • ARToolKit patternmaker ▫ Aplicación para facilitar el desarrollo de marcadores
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Otros datos de interés
Sistemas a los que ha sido portado
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Otros datos de interés
Versión de ARToolkit para Android - http://code.google.com/p/andar/
Ejemplo AndAR (Planta)
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AndAR
Fuente: http://www.kurzweilai.net/diminished-reality-software-removes-objects-from-video-in-real-time/
Arquitectura
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AndAR
Paso 1. Crear actividad básica
• CustomActivity.java
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AndAR Ejemplo de aplicación
Paso 1. Crear actividad básica (II)
• CustomObject.java
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AndAR Ejemplo de aplicación
Paso 1. Crear actividad básica (III)
• CustomRenderer.java
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AndAR Ejemplo de aplicación
Paso 2. Mostrar objeto
• CustomObject.java
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AndAR Ejemplo de aplicación
Será necesario pasarle el context desde la actividad principal (en el constructor)
textureId será una propiedad que guardará el id de la textura cube será una propiedad que guardará un objeto de tipo Cube
Paso 2. Mostrar objeto (II)
• Cube.java
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AndAR Ejemplo de aplicación
Se simplifica la creación de los FloatBuffers
Si el tamaño del marcador es de 80, un buen tamaño para los objetos podría ser 50
Paso 2. Mostrar objeto (III)
• Cube.java
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AndAR Ejemplo de aplicación
No hace falta especificar la proyección, lo hace AndAR
Bibliografía
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ARTOOLKIT Website; http://www.hitl.washington.edu/artoolkit/ ANDAR Website; http://code.google.com/p/andar/