dispositivos hápticos e interação natural. grupo dennis silveira gabriel do amaral leonardo...

Dispositivos Hápticose

Interação Natural

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Grupo

• Dennis Silveira• Gabriel do Amaral• Leonardo Brayner• Marcello Valença• Marcelo Machado• Osman Torres

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Roteiro

• Introdução (Marcello Valença)• Contexto Histórico (Leonardo)• Áreas de aplicação (Gabriel)• Interação com dispositivos hápticos (Dennis)• Interação natural (Osman)• Tendências futuras (Marcelo Machado)• Conclusão

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Introdução

• Através do toque, temos diversas sensações– Frio, quente, seco, molhado– Percebemos texturas, formas e volumes– Testamos até o coração!

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Introdução

• Tato– Toda sensação gerada pelo toque de algo na pele– Único sentido que o ser humano não vive sem– O primeiro sentido desenvolvido no feto

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Introdução

• Háptico– Capacidade de sentir um ambiente mecânico

natural ou sintético através do tato– Possui dois componentes: cutâneo e cinestésico

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Introdução

• Cutâneo– Sensores na superfície da pele– Sensações de temperatura, pressão, vibração e

dor

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Introdução

• Cinestésico– Sensores localizados nos músculos, tendões e

juntas– Sensações de movimento e força

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Introdução

• Ao tocar ou mover um objeto:– Diversas sensações enviadas para o cérebro – Informações cutâneas ou cinestésicas.

• Propriedades desses objetos são inferidas, como:– Textura (através da análise da informação

cutânea)– Características gerias, como peso e forma (através

da análise da informação cinestésica)

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Introdução

• Dispositivos hápticos– Dispositivos que oferecem algum tipo de resposta

capaz de sensibilizar o sentido tátil do usuário– Geram sinais mecânicos que estimulam os

componentes cutâneos e cinestésicos– Usuários tem capacidade de agir sobre o ambiente– Meio de comunicação humano-máquina mais

natural– Possui programabilidade

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Introdução

• Programabilidade– Capacidade dos dispositivos hápticos de modificar

suas propriedades mecânicas e físicas• Comandos vindos do computador

– Possibilita troca bidirecional de energia (e consequentemente de informação) entre o usuário e o sistema

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Introdução

• Interação Natural– Trazer a interação do mundo real para a interação

com a tecnologia

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Contexto Histórico

• Servomecanismo

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Contexto Histórico

• Servomecanismo

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Contexto Histórico

• Teleoperador: Controlador do MANTIS

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Contexto Histórico

• Teleoperador: Protótipo do MANTIS

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Contexto Histórico

• Evolução

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Contexto Histórico

• Evolução

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Contexto Histórico

• Evolução

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Áreas de aplicação

• Em RA e RV, sente-se falta da sensação de toque e da naturalidade da interação.

• Sensação háptica essencial em alguns casos– Treinamento médico– Tele-operações– Simulações diversas

• Interação natural e intuitiva– Jogos, experiência do usuário e etc– Fundamental na IUM

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Áreas de aplicação

• Realidade Virtual• Realidade Aumentada• Aparelhos móveis

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Áreas de aplicação• Na RV:

– Interação com feedback táctil– Aumento da Imersão– Exploração natural, sensitiva (Imaginação)– Pricipais tipos de aplicações

• Treinamentos• Simulações• Jogos

– Projeto de envio das sensações de toque pela web (Armstrong Atlantic State University, em Savannah, Georgia, EUA):http://www.youtube.com/watch?v=4r8ZsABSjFw

– Outras sugestões de vídeos:• ambiente virtual com HMD e dispositivos hápticos:http://www.youtube.com/watch?v=Zdppfo_BEHE• construção de um modelo de LEGO por gestos e dispositivos hápticos:

http://www.youtube.com/watch?v=GSd60Jxkb3k&feature=related

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Áreas de aplicação• Na RA

– Torna o ideal da RA bem mais próximo– Principais tipos de aplicação:

• Tele-operações • Modelagem artística• Manipulação remota de objetos• Interação remota entre pessoas

– Immersive Touch Haptic AR System (University of Illinois, Chicago)

http://www.youtube.com/watch?v=0JJ4S1yA-F4

– Outras sugestões de vídeos:• Robots and virtual reality on show in Tokyohttp://www.youtube.com/watch?v=p1fCpHyiJas&feature=player_embedded

• Usando usando Artoolkit:http://www.youtube.com/watch?v=WrSGSMpg5_w

• Virtual 3D Tactile Touch - NTT COMWARE: DigInfo:http://www.youtube.com/watch?v=Td7QcAgCtWE&feature=fvw

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Áreas de aplicação

• Em aparelhos móveis– Principais tipos de

aplicação:• Alertas• Captura de toques• Simulação de

sensações intuitivas

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Interação com Dispositivos Hápticos

• Dispositivos Convencionais– Mouses, joysticks clássicos, teclados

• Problemas– Não existe uma sensação tátil por parte do usuário– Interação unidimensional– Diminuem a imersão

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Interação com Dispositivos Hápticos

• Dispositivos Hápticos

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Interação com Dispositivos Hápticos

• Luvas de Dados• Oferecem sensação de toque e força nas mãos• Precisão com as mãos e dedos• Sensores de fibra ótica• Usabilidade muito alta• Custo elevado• Desconforto com as mãos

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Interação com Dispositivos Hápticos

• Braços Mecânicos• Sensação precisa e real de peso no braço• 3 ou 5 graus de liberdade• Custo elevado• Possível desconforto com

design e peso

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Interação com Dispositivos Hápticos

• Joystick com Levitação Magnética• Utiliza campos magnéticos• Sensação de toque realística• Sensores ópticos para determinar o objeto virtual• Custo muito alto• Manutenção freqüente

• http://www.youtube.com/watch?v=isu7r3Ywqp0

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Interação com Dispositivos Hápticos

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Interação com Dispositivos Hápticos

• DaVinci

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Interação com Dispositivos Hápticos

• Phantom

• DataGlove

• http://www.youtube.com/watch?v=zFWc_uVlB7A

Interação Natural

• “As pessoas naturalmente se comunicam através de gestos, expressões e movimentos, e exploram o mundo, olhando em volta e manipulando objetos físicos. A idéia da Interação Natural é permitir as interação com a tecnologia, da mesma forma como acontece a interação com o mundo real na vida cotidiana.”

Principais Características

• A interação é intuitiva;

• Menos é mais;

• Sensoriamento;

• Novo grau de satisfação.

Vantagens X Desvantagens

Vantagens:

• Não é preciso o uso de dispositivos;• O usuário não precisa ser instruído para utilizar o sistema.

Desvantagens:

• Custo alto;• Complexidade.

Aplicações• Website e workshop • Pesquisa • Observando as pessoas • Personalização e perfeccionismo • Espaços públicos e eventos • Museus e exposições • Showrooms e publicidade • Parques de diversão e entretenimento • Arte interativa e performances • Remotamente • Mesas e paredes • Pisos e quartos • Artefatos

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Tendências FuturasAplicações futuras cobrem praticamente toda interação com a

tecnologia:

• Jogos• Filmes• Dispositivos móveis• Medicina• Moda

Alguns dessas áreas claramente podem ser revolucionadas:

• Medicina – cirurgias podem ser feitas a distância, por exemplo

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Tendências Futuras

• Na indústria de roupas, sistemas que permitem ao usuário SENTIR a textura de roupas vendidas pela internet

• Nos celulares, a simulação da sensação de digitar num teclado físico, feita num teclado touchscreen

• Airborne Ultrasound Tactile Display – permite interagir com hologramas, de forma háptica

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Tendências FuturasAirborne Ultrasound Tactile Display

Desenvolvido por estudantes da Universidade de Tokyo,mostrado na SIGGRAPH 2009, em Nova Orleans:

http://www.youtube.com/watch?v=Y-P1zZAcPuw

• Usa um fenômeno chamado de “acoustic radiation pressure” para criar ma sensação de pressão nas mãos do usuário, que são localizadas usando 2 wiimotes.

• Uma limitação seria a possiblidade de danos auditivos, causadas pela ondas inaudíveis do dispositivo, se utilizado com muita potência.

Ainda não está pronto, mas está sendo desenvolvido rapidamente, com bom incentivo, por exemplo, da indústria de jogos.

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Tendências Futuras

Na área médica, podemos citar:

• Cirurgias feitas remotamente se utilizando de dispositivos hápticos. Nesse caso, os enfermeiros presentes preparam o paciente (isso ainda não pode ser feito remotamente) e a máquina.

O cirurgião não precisa estar presente, ao menos não fisicamente. Isso aumenta muito a disponibilidade de bons cirurgiões pelo mundo todo.

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Tendências FuturasTreinamento cirurgico

Pesquisadores de STANFORD estão desenvolvendo tecnologia para simular cirurgias. Com a ajuda de dispositivos hápticos, vão crirar um ambiente realístico com tato, essencial para esse tipo de treinamento. Estão criando organismos internos 3d, mas isso é muito complicado de reproduzir fielmente.

Os estudantes vão sentir os ligamentos, a pressão de uma incisão, etc.

A ideia geral é: Se os pilotos treinam em simuladores de vôo antes de transportar passageiros reais, cirurgiões serão capazes de praticar suas primeiras cirurgias sem cortar ninguém.

http://www.youtube.com/watch?v=UNRIhgkfMCY

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Tendências Futuras

Treinamento de dentistas:

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Tendências Futuras

• Isso também está sendo feito colaborativamente.O instrutor e o aluno são conectados ao mesmo ambiente virtual, visualizando um modelo 3d e interagindo entre si.

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Tendências Futuras

Além disso, muita coisa pode e vai surgir a partir do desenvolvimento dessas tecnologias de interação hápticas.

Mercados inexplorados e nunca pensados podem surgir.

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Conclusão

O toque e a interação física são os meios fundamentais para entender nosso mundo e os efeitos da mudanças nele.

Existe um largo potencial para aplicações em campos críticos, como medicina e treinamento militar, por exemplo.

Além disso, dispositivos hápticos devem se miniaturizar, tornando-se mais leves, simples e fáceis de usar.

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Bibliografia• http://200.169.53.89/download/CD%20congressos/2006/SBGames/Um

%20Estudo.pdf• http://www.cin.ufpe.br/~tg/2005-2/cemr.pdf• http://arte.unb.br/7art/textos/AlexandraCMCaetano.pdf• GUERRAZ, A., and LOSCOS, C. 2009. Analysis of Haptics Evolution from

Web Search Engines’ Data. Journal of Multimedia, Vol. 4, No. 4, August.• Haptic technology. Wikipedia.

– Disponível em: < http://en.wikipedia.org/wiki/Haptic_technology>. – Data de acesso: 19/05/2010.

• Where are my robot hands?– Disponível em: <http://www.cernlove.org/blog/2010/02/where-are-my-robot-hands/>. – Data de acesso: 19/05/2010.

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Bibliografia• KIRNER C. and SISCOUTTO R.A. Fundamentos de Realidade Virtual e

Aumentada. Livro do Pré-Simpósio IX Symposium on Virtual Augmented Reality, Petrópolis - RJ, maio de 2007.

• CAETANO A. C. M. INTERFACES HÁPTICAS Dispositivos não convencionais de interação. Laboratório de Pesquisa em Arte e Realidade Virtual – IdA- UnB, 2009.

• http://cs.armstrong.edu/felix/presentations/BACH_Hamza-Lup.pdf – Data de acesso: 17/05/2010.

• http://hackaday.com/tag/haptic/ – Data de acesso: 18/05/2010.

• http://saude.hsw.uol.com.br/cirurgiarobotica1.htm• http://mahilab.rice.edu/sites/default/files/publications/68-

leddOMalleyHAPTICS06final.pdf• http://www.de.ufpb.br/~labteve/publi/2002_reic.pdf• http://webdocs.cs.ualberta.ca/~pierreb/VEDP1.htm