construção de aplicações de realidade cruzada projetiva utilizando openframeworks e arduino
DESCRIPTION
This chapter aims to show a Projective Cross-Reality environment development. The chapter consists of the following sections: correlated works that motivated this chapter, equipment used, application development steps using the open-source framework openFrameworks with the Arduino hardware interface, and some use trends. The development steps consists of: building of a basic application using openFrameworks; color tracking using an openCV wrapper; projection and camera calibration; and inclusion of a hardware in the interaction loop.TRANSCRIPT
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Preâmbulo
Introdução
• oF
• Definições
• Equipamentos
Casos
• Caso 1
• Caso 2
• Caso 3
• Caso 4
Finalização
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“The product is no longer the basis of value. The experience
is.”
Venkat Ramaswamy
The Future of Competition
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Valor de uma boa experiência
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IHC – Interação Homem-Computador
• Estudo da interação entre pessoas e computadores.
• Onde são formadas as experiências.
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Mas quem desenvolve experiência?
• UX Developer – User Experience
– A pessoa que caminha entra o design e a tecnologia.
http://blog.alexandremagno.net/2013/02/o-que-seria-um-ux-developer/
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Interação
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Texto, som, cores, visual, mecânico ou
fisico.
Interface
Mensagens
Usuário Sistema
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Exemplo:
• Usabilidade:
1. Facilidade de aprendizado
2. Eficiência
3. Facilidade de memorização
4. Erros
5. Satisfação subjetiva
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Meta-Mensagens
Usuário Sistema
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3 níveis
Lógico: Resolvem, solucionam, facilitam.
Emocional: Satisfazem necessidades e desejos afetivos.
Visceral: resolvem questões fundamentais, sem consciência. Impulso.
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Espera.... Visceral?
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Construção de aplicações de
Realidade Cruzada Projetiva utilizando openFrameworks e
ARDUINO
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Claudio Kirner1 and Christopher S. Cerqueira12
1Federal University of Itajubá – Universidade Federal de Itajubá (UNIFEI) 2National Institute for Space Research – Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)
[email protected] ,[email protected] 1http://realidadevirtual.com.br/, 2http://cscerqueira.com.br
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Autores
Christopher Shneider Cerqueira – é graduado na Universidade Federal de Itajubá e pesquisador da área de realidade virtual e aumentada desde 2009, atuando no desenvolvimento de aplicações baseadas em ARToolKit, para o desenvolvimento de ferramentas de autoria de realidade aumentada com cross-reality. É um dos desenvolvedores da ferramenta de autoria comportamental basAR. Atualmente é aluno de pós-graduação do INPE desenvolvendo um sistema de simulação de satélites distribuídos com visualização em realidade virtual.
Claudio Kirner – é graduado em Engenharia Elétrica pela Universidade de São Paulo (1973), mestre em Engenharia Eletrônica pelo Instituto Tecnológico de Aeronáutica (1978), doutor em Engenharia de Sistemas e Computação pela Universidade Federal do Rio de Janeiro (1986) e Pós-doutor pela University of Colorado at Colorado Springs – UCCS (1993-1995). Atualmente é Professor Adjunto na Universidade Federal de Itajubá (UNIFEI). Tem experiência em Realidade Virtual e Realidade Aumentada, Interação Humano-Computador, Ambientes Colaborativos e educação à Distância. Coordenou o I Workshop de Realidade Virtual, em 1997, e o I Workshop de Realidade Aumentada, em 2004, e outros subsequentes. Orientou 30 alunos de mestrado e 8 de doutorado; coordenou Projetos CNPq, FAPESP, RHAE e FAPEMIG; publicou cerca de 270 artigos científicos e 40 livros e capítulos.
Dúvidas: [email protected] 14
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ERA TROGLODITA
• Graduação (2010): – ARToolKit
– PTAMM
• Bolsista DTI (2011): – basAR
Conectar com ARDUINO em C++
Literatura indica FIRMATA: http://firmata.org/wiki/Download
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Processing
Adobe Flash
Unity
Cinder
openFrameworks
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openframeworks.cc
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• Vídeo oF1..\videos\1_openFrameworks1.mp4
• Vídeo oF2..\videos\1_openFrameworks2.mp4
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oF
• Criado para artistas e designers
• Desenvolvido por: Zach Liberman, Theo Watson, Artuno Castro e Chris O’Shea
• Proposta: Arrumar a falta de comunicação entre diversas bibliotecas em C++, e permitir portabilidade.
• Escrita em C++
• Licença: MIT (educacional e venda)
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utilizar oF quando:
• O projeto renderiza muitos gráficos 3D, e/ou;
• Utilizar muita visão computacional, e/ou;
• Controlar equipamentos, como, por exemplo, o ARDUINO.
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Libs no pacote padrão
• OpenGL, GLEW, GLUT, libtess2 e cairo para gráficos.
• rtAudio, PortAudio ou FMOD e Kiss FFT para entrada, saída e análise de áudio.
• FreeType para fontes.
• FreeImage para salvar e carregar imagens.
• Quicktime e videoInput para playback e aquisição de vídeo.
• Poco, que contém uma variedade de utilidades.
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C++ Portável!!!!
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Página Principal – openframeworks.cc
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• Introdução à utilização de openFrameworks para o desenvolvimento de aplicações de RVA
• cscerqueira.com.br
• ppt disponível em:
http://pt.slideshare.net/christophercerqueira/svr2013-o-frev
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ERA TROGLODITA (C++)
• Graduação (2010): – ARToolKit
– PTAMM
• Bolsista DTI (2011): – basAR
ERA DO FOGO (C++/oF)
• Mestrado (2012):
• Doutorado (2014):
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Billinghurst Vision
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Realidades – Realidade Aumentada
uma interface baseada na
sobreposição de informações virtuais geradas por computador (envolvendo imagens estáticas e dinâmicas, sons
espaciais e sensações hápticas) com o ambiente físico do usuário, percebida através de dispositivos tecnológicos e
usando as interações naturais do usuário, no mundo físico.
Claudio Kirner
SOURCE: Adapted from ESA (2009) and Capua (2008)
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Christopher Vision
Informação virtual
Interação Natural
dispositivos tecnológicos
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Realidades – Realidade Cruzada
é um ambiente de realidade misturada ubíqua, que vem da
fusão de uma rede de sensores e atuadores (que coletam e enviam
dados relacionados ao mundo real) com mundos virtuais
compartilhados, usando a
interface da realidade aumentada.
Claudio Kirner
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Milgram Continuum - interfaces
SOURCE: Milgram et al. (1995)
Aumento de elementos reais Aumento de elementos virtuais
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Kirner’s Diagram – elementos
Source: (KIRNER et al., 2012) Intr
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Lego
Cave
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Realidade Cruzada
Objetos reais
Sensores e Atuadores
Realidade Aumentada
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Construção de aplicações de Realidade Cruzada Projetiva
utilizando openFrameworks e ARDUINO
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Equipamentos
Rastreio
• Visão Computacional
• Câmeras
Interface de Hardware
• Prototipagem rápida
Projetor
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Rastreio
• Óptico
• Via webcam
Logitech HD Webcam C525 720P Foco Automático USB 2.0
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Projetor
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Interface de Hardware
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Construção de aplicações de Realidade Cruzada Projetiva
utilizando openFrameworks e ARDUINO
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CASOS
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Construção da Aplicação
Caso 1 – Programa Vazio.
Caso 2 – Rastreio de Cores.
Caso 3 – Projeção Calibrada.
Caso 4 – Uso de Hardware no loop de interação.
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Caso 1: Montagem do programa vazio
• oF na versão 0.8.0
• Windows 8.1
• Visual C++ 2012 Express
• Componentes:
– ofxCv
– ofxGlWrapper
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projectGenerator: Onde inicia tudo (easy way)
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projectGenerator:
DEV
EL –
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projectGenerator
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Código no oF
• oF baseia-se em OO
• Arquivo de cabeçalho
• Arquivo de métodos
– Setup
– Update
– Draw
DEV
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Cas
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Algoritmo
DEV
EL –
Cas
o 1
11/05/2014 46 fb.com/RVA.BR
pointCloud pointPicker particle
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Caso 2: Rastreio de cores
1. Breve teoria de cores e rastreio de blobs em openCV,
2. Construção dos artefatos de manipulação,
3. Algoritmo de rastreio,
4. Algumas sugestões de usos para este caso.
DEV
EL –
Cas
o 2
11/05/2014 47 fb.com/RVA.BR
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Cores
RGB-A (red, green, blue)-alfa HSV (hue (cor), saturation, value)
DEV
EL –
Cas
o 2
11/05/2014 48 fb.com/RVA.BR
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Blobs
• Método de busca de caracteristicas.
• Blobs compartilham propriedades constantes que podem ser “percebidas” na imagem.
DEV
EL –
Cas
o 2
11/05/2014 49 fb.com/RVA.BR colorTrack
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Construção dos artefatos
DEV
EL –
Cas
o 2
11/05/2014 50 fb.com/RVA.BR
![Page 51: Construção de aplicações de Realidade Cruzada Projetiva utilizando openFrameworks e ARDUINO](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022051212/5575d657d8b42a917e8b4d46/html5/thumbnails/51.jpg)
Para infraestrutura
• Foi considerado estático, então é proposto (no caso 3) uma calibração fixa (versão easy).
DEV
EL –
Cas
o 2
11/05/2014 51 fb.com/RVA.BR
![Page 52: Construção de aplicações de Realidade Cruzada Projetiva utilizando openFrameworks e ARDUINO](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022051212/5575d657d8b42a917e8b4d46/html5/thumbnails/52.jpg)
Algoritmo
DEV
EL –
Cas
o 2
11/05/2014 52 fb.com/RVA.BR
![Page 53: Construção de aplicações de Realidade Cruzada Projetiva utilizando openFrameworks e ARDUINO](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022051212/5575d657d8b42a917e8b4d46/html5/thumbnails/53.jpg)
Resultado do Rastreio de cores
DEV
EL –
Cas
o 2
11/05/2014 53 fb.com/RVA.BR
exemplo
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Usos
• Reconhecimento de gestos
• Interação 2D
• Realidade Aumentada
* Sem projeção calibrada.
DEV
EL –
Cas
o 2
11/05/2014 54 fb.com/RVA.BR
sixthSense
Robot
AirDraw
HandTracking
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Caso 3: Projeção Calibrada
1. Teoria simplificada de calibração
2. Algoritmo
3. Resultados
4. Usos
DEV
EL –
Cas
o 3
11/05/2014 55 fb.com/RVA.BR
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Teoria simplificada
DEV
EL –
Cas
o 3
11/05/2014 57 fb.com/RVA.BR
![Page 58: Construção de aplicações de Realidade Cruzada Projetiva utilizando openFrameworks e ARDUINO](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022051212/5575d657d8b42a917e8b4d46/html5/thumbnails/58.jpg)
Algoritmo
DEV
EL –
Cas
o 3
11/05/2014 58 fb.com/RVA.BR
![Page 59: Construção de aplicações de Realidade Cruzada Projetiva utilizando openFrameworks e ARDUINO](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022051212/5575d657d8b42a917e8b4d46/html5/thumbnails/59.jpg)
Resultados
DEV
EL –
Cas
o 3
11/05/2014 59 fb.com/RVA.BR
![Page 60: Construção de aplicações de Realidade Cruzada Projetiva utilizando openFrameworks e ARDUINO](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022051212/5575d657d8b42a917e8b4d46/html5/thumbnails/60.jpg)
Usos
• Table-tops
• Projeções em paredes
DEV
EL –
Cas
o 3
11/05/2014 60 fb.com/RVA.BR
SketchSynth
Sensetable
L.A.S.E.R. Tag
Coca-Cola Case
Climbing
OASIS
Missile Command
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Caso 4: Uso de hardware no loop de interação
• Teoria (super reduzida) sobre ARDUINO
• Algoritmos
• Resultados
• Sugestões de uso
DEV
EL –
Cas
o 4
11/05/2014 61 fb.com/RVA.BR
![Page 62: Construção de aplicações de Realidade Cruzada Projetiva utilizando openFrameworks e ARDUINO](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022051212/5575d657d8b42a917e8b4d46/html5/thumbnails/62.jpg)
O que tem no ARDUINO?
11/05/2014 62 fb.com/RVA.BR
![Page 63: Construção de aplicações de Realidade Cruzada Projetiva utilizando openFrameworks e ARDUINO](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022051212/5575d657d8b42a917e8b4d46/html5/thumbnails/63.jpg)
Outras versões
11/05/2014 63 fb.com/RVA.BR
![Page 64: Construção de aplicações de Realidade Cruzada Projetiva utilizando openFrameworks e ARDUINO](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022051212/5575d657d8b42a917e8b4d46/html5/thumbnails/64.jpg)
Shields
11/05/2014 64 fb.com/RVA.BR
![Page 65: Construção de aplicações de Realidade Cruzada Projetiva utilizando openFrameworks e ARDUINO](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022051212/5575d657d8b42a917e8b4d46/html5/thumbnails/65.jpg)
FIRMATA
Literatura indica FIRMATA: http://firmata.org/wiki/Download
11/05/2014 65 fb.com/RVA.BR
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O que a FIRMATA faz!?
• Transforma o ARDUINO numa interface de controle, podendo ser modificado por um host.
• Quais as vantagens?
– O host controla a execução!
– O host tem mais memória.
• Desvantagens?!
– Tem que ficar atrelado ao host!
11/05/2014 66 fb.com/RVA.BR
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Métodos para conectar com o ARDUINO
connect()
disconnect()
getAnalog()
getAnalogPinReporting()
getDigital()
getDigitalPinMode()
getPwm()
getString()
isArduinoReady()
isInitialized()
sendAnalogPinReporting()
sendByte()
sendDigital()
sendDigitalPinMode()
sendPwm()
sendReset()
sendString()
setUseDelay()
update()
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“esquemático”
11/05/2014 68 fb.com/RVA.BR
![Page 69: Construção de aplicações de Realidade Cruzada Projetiva utilizando openFrameworks e ARDUINO](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022051212/5575d657d8b42a917e8b4d46/html5/thumbnails/69.jpg)
Montando o circuito
11/05/2014 69 fb.com/RVA.BR
![Page 70: Construção de aplicações de Realidade Cruzada Projetiva utilizando openFrameworks e ARDUINO](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022051212/5575d657d8b42a917e8b4d46/html5/thumbnails/70.jpg)
Algoritmo conceitual
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![Page 71: Construção de aplicações de Realidade Cruzada Projetiva utilizando openFrameworks e ARDUINO](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022051212/5575d657d8b42a917e8b4d46/html5/thumbnails/71.jpg)
Algoritmo
11/05/2014 fb.com/RVA.BR 71
![Page 72: Construção de aplicações de Realidade Cruzada Projetiva utilizando openFrameworks e ARDUINO](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022051212/5575d657d8b42a917e8b4d46/html5/thumbnails/72.jpg)
Resultados
11/05/2014 72 fb.com/RVA.BR exemplo
![Page 73: Construção de aplicações de Realidade Cruzada Projetiva utilizando openFrameworks e ARDUINO](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022051212/5575d657d8b42a917e8b4d46/html5/thumbnails/73.jpg)
Usos
• Bancadas interativas
• Interação com projeção
• Objetos inteligentes
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inForm
SandStation
Space Glasses
MYU
Project Tango
![Page 74: Construção de aplicações de Realidade Cruzada Projetiva utilizando openFrameworks e ARDUINO](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022051212/5575d657d8b42a917e8b4d46/html5/thumbnails/74.jpg)
FECHAMENTO Considerações finais.
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![Page 75: Construção de aplicações de Realidade Cruzada Projetiva utilizando openFrameworks e ARDUINO](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022051212/5575d657d8b42a917e8b4d46/html5/thumbnails/75.jpg)
• oF é indicado quando é necessário alto desempenho, controle de hardware, distribuição, etc.
• Foi visto: – Estrutura básica
– Color tracking
– Calibração da projeção
– Uso de hardware
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![Page 76: Construção de aplicações de Realidade Cruzada Projetiva utilizando openFrameworks e ARDUINO](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022051212/5575d657d8b42a917e8b4d46/html5/thumbnails/76.jpg)
• No material fornecido:
– Apresentação.
– Vídeos.
– Capítulo (corrigido).
– Códigos usados.
– Códigos de alguns exemplos.
– Compilador usado (VS 2012).
– oF e add-nos utilizados.
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![Page 77: Construção de aplicações de Realidade Cruzada Projetiva utilizando openFrameworks e ARDUINO](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022051212/5575d657d8b42a917e8b4d46/html5/thumbnails/77.jpg)
Uma idéia
• ..\videos\fechamento_ibm.avi
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![Page 78: Construção de aplicações de Realidade Cruzada Projetiva utilizando openFrameworks e ARDUINO](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022051212/5575d657d8b42a917e8b4d46/html5/thumbnails/78.jpg)
Dúvidas Sites:
cscerqueira.com.br realidadevirtual.com.br
E-mails: [email protected]
[email protected] Facebook:
fb.com/RVA.BR
Aproveitem o evento! 11/05/2014 fb.com/RVA.BR 78
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79
![Page 80: Construção de aplicações de Realidade Cruzada Projetiva utilizando openFrameworks e ARDUINO](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022051212/5575d657d8b42a917e8b4d46/html5/thumbnails/80.jpg)
Informação virtual
Interação Natural
dispositivos tecnológicos
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![Page 81: Construção de aplicações de Realidade Cruzada Projetiva utilizando openFrameworks e ARDUINO](https://reader034.vdocuments.mx/reader034/viewer/2022051212/5575d657d8b42a917e8b4d46/html5/thumbnails/81.jpg)