realidad virtual, visión artificial y minería de datos
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República Bolivariana de VenezuelaCabudare, Estado Lara
Universidad Fermín ToroEscuela de Ingeniería de Computación
Asignatura: Inteligencia ArtificialProfesor: Jesús Contreras
Integrantes:Lourdes Barrios
María Alejandra Mata
Julio de 2014
REALIDAD VIRTUAL,VISIÓN ARTIFICIAL Y MINERÍA DE DATOS
REALIDAD VIRTUALLa Realidad Virtual (VR) es un
tipo de tecnología que podemos definir como un espacio tridimensional gráfico, táctil, visual o auditivo generado por computadora, donde los usuarios pueden interactuar y navegar utilizando aparatos especiales. Este espacio también se conoce como ambiente o mundo virtual.
También podemos decir que la realidad virtual es una ciencia basada en el uso de computadores y otros dispositivos, con la finalidad de producir una apariencia de realidad que permita al usuario tener la sensación de estar presente en ella.
CONCEPTO
REALIDAD VIRTUAL
Las raíces de la realidad virtual pueden trazarse hasta el año 1860, cuando los primeros murales panorámicos hicieron su aparición. Como ejemplo tenemos la obra de Baldassare Peruzi titulada “Sala delle Prospettive”.
HISTORIA Y EVOLUCIÓN
A principios del siglo XX aparece el primer simulador de vuelo, para asistir a los pilotos en el vuelo del monoplano Antoinette. Los primeros simuladores de vuelo consistían de un asiento de piloto sobre una plataforma que permitía una serie de movimientos para simular la experiencia del vuelo.
REALIDAD VIRTUAL
En los años 30’s, el escritor norteamericano Stanley Weinbaum describe en su obra “Las gafas de Pigmalión” un sistema de realidad virtual basado en gafas en el que es posible grabar experiencias de los sentidos como el olfato y el tacto.
HISTORIA Y EVOLUCIÓN
En 1962 Morton Heilig introduce el Sensorama, un dispositivo mecánico que aún funciona hoy en día, en el que se muestran imágenes estereoscópicas en 3D acompañadas de estimulaciones a los sentidos como sonido estéreo, simulación del viento, inclinación corporal y olores. En esta misma época Douglas Englebart usa pantallas de computadoras como dispositivos de entrada y salida.
REALIDAD VIRTUAL
En 1966 Thomas A. Furness III introduce un simulador de vuelo visual para la Fuerza Aérea de los Estados Unidos.
En 1968 Ivan Sutherland con la ayuda de su estudiante Bob Sproull crea el primer Head Mounted Display (HMD), un sistema de realidad aumentada provisto de una pantalla que el usuario debía colocar sobre su cabeza. El sistema, también conocido como “la espada de Damocles” estaba conectado a un programa de computadora y un brazo mecánico que rastreaba los movimientos de la cabeza del usuario y representaba simple geometría frente a este.
HISTORIA Y EVOLUCIÓN
REALIDAD VIRTUALEn 1977 destaca el
mapa de la película de Aspen, desarrollado en el MIT, que consistía de una simulación virtual de la ciudad de Aspen, Colorado, en la que los usuarios podían pasearse por las calles en tres modos distintos: verano, invierno y polígonos. Los dos primeros modos estaban basados en fotografías de cada movimiento posible que habían sido anteriormente registradas, y el tercero era un modelo básico en 3D de la ciudad. Hoy en día el mapa de la película de Aspen sigue siendo uno de los sistemas más sofisticados de hipermedia.
HISTORIA Y EVOLUCIÓN
REALIDAD VIRTUALEn los 1980s el término
realidad virtual fue popularizado Jaron Lanier, uno de los pioneros del área. Lanier fundó la compañía VPL Research en el año 1985, en la que se desarrollaron los primeros sistemas de gafas estereoscópicas y guantes con sensores.
En 1982 Thomas Zimmerman patenta un Electroguante que inventó mientras investigaba sobre cómo controlar con la mano un instrumento musical virtual.
HISTORIA Y EVOLUCIÓN
REALIDAD VIRTUALEn 1991 Antonio Medina, un científico de la NASA,
ideó un sistema de realidad virtual para manejar el Mars rovers desde la tierra en aparente tiempo real, a pesar del retraso entre las señales entre la Tierra y Marte. El sistema fue llamado “Teleoperación simulada por computadora”.
A principios de los 90’s surge el primer sistema de entretenimiento de realidad virtual producido en masa, llamado “Virtuality”, el cual consistía de visor y joystick que en conjunto ofrecían una experiencia inmersiva. Virtuality tuvo gran éxito y popularidad, llegando a contar hasta 42 millones de jugadas en más de 17 países.
HISTORIA Y EVOLUCIÓN
REALIDAD VIRTUALEn 1995 fue lanzado el Virtual Boy de Nintendo, una
cónsola de videojuegos que usaba un proyector de estilo gafas para mostrar los juegos en 3D por medio de un efecto estereoscópico. La cónsola tuvo poco éxito y Nintendo la retiró del mercado al siguiente año.
HISTORIA Y EVOLUCIÓN
REALIDAD VIRTUAL
La industria de los videojuegos en la última década ha implementado la realidad virtual de maneras más sofisticadas, con dispositivos como el Wii Remote, el Kinect de Microsoft y el Playstation Move, los cuales rastrean el movimiento de los jugadores y lo envían a la consola en tiempo real.
HISTORIA Y EVOLUCIÓN
REALIDAD VIRTUAL
En el 2014, Facebook compró una compañía que fabrica cascos de realidad virtual, llamada Oculus VR, por 2 millones de dólares. Oculus VR es el fabricante de los cascos de realidad virtual Oculus Rift, que proporcionan 110 grados de visión, seguimiento absoluto de la orientación de la cabeza, interfaz USB y resolución de 1920x1080 o mayor.
HISTORIA Y EVOLUCIÓN (ESTADO ACTUAL)
REALIDAD VIRTUAL
En la actualidad la realidad virtual se consigue mediante la generación por computador de un conjunto de imágenes presentadas al usuario a través de un casco provisto de un visor especial. Algunos equipos de realidad virtual se complementan con trajes y guantes equipados con sensores diseñados para simular la percepción de diferentes estímulos, que intensifican la sensación de realidad.
La realidad virtual está centrada principalmente en el terreno de los videojuegos, sin embargo, sus utilidades se han extendido a otros campos como la medicina o las simulaciones de vuelo.
ESTADO ACTUAL
REALIDAD VIRTUAL
- Produce efecto de inmersión en el usuario.
- Interactiva, permite seleccionar o manipular algún objeto dentro del ambiente virtual.
- Multisensorial, si los usuarios del ambiente virtual usan más de un sentido sensorial para interactuar con este.
- Se expresa en lenguaje gráfico tridimensional.
- Permite al usuario vivir experiencias controladas.
- Comportamiento dinámico y operación en tiempo real.
CARACTERÍSTICAS
REALIDAD VIRTUAL
- Sus estímulos logran que lo virtual sea real.
- Su relación con el usuario hace que el aprendizaje sea más intenso.
- Ofrece la posibilidad de tratamientos de desensibilización sistemática.
- Posee la capacidad de reaccionar ante el usuario.
- Abre las alternativas donde el único límite es la imaginación del hombre.
- Puede ser utilizada en toda la industria de la capacitación y entrenamiento.
CARACTERÍSTICAS
REALIDAD VIRTUAL
1. Sistemas de Ventana al Mundo (Window on World Systems), son sistemas de realidad virtual sin inmersión, que utilizan monitores convencionales para mostrar el mundo virtual, tratando de hacer que la imagen en la pantalla luzca real y que los objetos representados actúen con realismo. También se conocen como Realidad Virtual de Escritorio.
CLASIFICACIÓN (I)
REALIDAD VIRTUAL
2. Sistemas de Mapeo por Video, o Video Mapping, se basan en la filmación mediante cámaras de video de una o más personas y la incorporación de dichas imágenes a la pantalla del computador, donde pueden interactuar en tiempo real con otros usuarios o con imágenes gráficas generadas por el computador. Por ejemplo, los movimientos de un usuario que hace ejercicios se reproducen en la pantalla del computador y le permiten interactuar con el mundo que existe allí adentro. El usuario puede de esta manera participar en aventuras, deportes y otras formas de interacción física.
CLASIFICACIÓN (II)
REALIDAD VIRTUAL
3. Sistemas inmersos, envuelven al usuario completamente dentro del mundo virtual mediante el uso de accesorios como cascos o visores HMD que ofrecen visión estereoscópica y recursos acústicos 3D. También pueden incluirse armaduras, que suministran al usuario de una barra que le permite controlar la orientación de la imagen obtenida en el visor. El fenómeno de inmersión puede presentarse en 4 modalidades diferentes dependiendo de la estrategia que se use para generar la simulación. Estas son: a) Operador aislado, b) Cabina personal, c) Cabina colectiva, d) Caverna o cueva.
CLASIFICACIÓN (III)
REALIDAD VIRTUAL
4. Sistemas de telepresencia, vinculan sensores remotos en el mundo real con los sentidos de un operador humano. Estos sensores pueden instalarse en robots o en los extremos de herramientas y permiten al usuario operar el equipo como si fuera parte de él. La NASA se propone utilizar esta tecnología como recurso para la exploración planetaria a distancia.
CLASIFICACIÓN (IV)
REALIDAD VIRTUAL
5. Realidad Aumentada. Esta se logra cuando una persona escoge fiarse del mundo real como línea de referencia, pero utiliza visores de cristal transparentes u otros medios inmersivos para aumentar la realidad, superponiendo esquemas, diagramas, textos, referencias, etcétera.
CLASIFICACIÓN (V)
REALIDAD VIRTUAL
6. Sistemas de Realidad Mixta, resultan al combinar mundos virtuales con el mundo real (físico) en tiempo real. Puede considerarse como una mezcla entre la realidad, realidad aumentada y realidad virtual.
Por ejemplo, un neurocirujano puede acceder a una vista del cerebro superpuesta por los resultados de tomografías anteriores y ultra-sonidos en tiempo real.
CLASIFICACIÓN (VI)
REALIDAD VIRTUAL
1. Gráficos tridimensionales (3D). Simulaciones computarizadas.
2. Técnicas de estereoscopia, permiten al usuario no solo percibir las claves de la profundidad, sino además ver la imagen en relieve.
3. Simulación de comportamiento: La simulación en el mundo virtual no esta pre calculada la evolución, esta se va calculando en tiempo real.
4. Facilidades de navegación: Es el dispositivo de control, que te permite indicar lo que quieres navegación, esto o realiza a través de un joystick o de las teclas de control del computador o también se puede cuando mueves la cabeza, en ese momento el sistema detecta el hecho y desplaza la imagen de la pantalla.
MECANISMOS BÁSICOS
VISIÓN ARTIFICIALSe puede definir la
“Visión Artificial” como un campo de la Inteligencia Artificial que, mediante la utilización de las técnicas adecuadas, permite la obtención, procesamiento y análisis de cualquier tipo de información especial obtenida a través de imágenes digitales.
La visión artificial la componen un conjunto de procesos destinados a realizar el análisis de imágenes. Estos procesos son: captación de imágenes, memorización de la información, procesado e interpretación de los resultados.
CONCEPTO
VISIÓN ARTIFICIAL-Automatización de tareas repetitivas de inspección realizadas por operadores.
-Verificación de controles de calidad de productos que no era posible hacer por métodos tradicionales.
-Inspecciones físicas de objetos sin contacto físico.
-Inspecciones de calidad total a gran velocidad.
-Reducción del tiempo de ciclo en procesos automatizados.
-Inspecciones en ambientes con grandes diversidades de piezas con cambios frecuentes de producción.
UTILIDADES
VISIÓN ARTIFICIAL
NAVEGACIÓN ROBÓTICAEn este caso, la visión es un
elemento de un sistema multisensorial. Para la navegación en robótica se recurre generalmente a técnicas de visión estereoscópica con el fin de poder reconstruir la escena 3-D. Si a esto se le añade algun modulo de reconocimiento 3-D, con el fin de identificar la presencia de algunos objetos, hacia los que debe dirigirse o evitar
APLICACIONES
EN LA BIOLOGÍAEn el campo de la biología podríamos distinguir entre
aplicaciones microscópicas y macroscópicas. En una imagen microscópica nos podemos encontrar con abundantes organismos, que mediante técnicas de segmentación orientadas a regiones, por ejemplo podrían ser separados para su identificación mediante las correspondientes propiedades (tamaño, color, etc.) o para contar el número de células presentes en una imagen.
APLICACIONES
VISIÓN ARTIFICIAL
MINERIA DE DATOS Es un área de las ciencias de la computación que
intenta descubrir patrones entre grandes volúmenes de datos, se le conoce también con el nombre de "Knowledge Discovery in Databases" o KDD. Se basa en métodos de inteligencia artificial como es el aprendizaje, aunque se apoya también en la estadística y bases de datos.
CONCEPTO
MINERIA DE DATOSAunque en minería de datos cada caso concreto puede ser radicalmente distinto al anterior, el proceso común a todos ellos se suele componer de cuatro etapas principales:
1. Determinación de los objetivos. Trata de la delimitación de los objetivos que el cliente desea bajo la orientación del especialista en minería de datos.
2. Preprocesamiento de los datos. Se refiere a la selección, la limpieza, el enriquecimiento, la reducción y la transformación de las bases de datos. Esta etapa consume generalmente alrededor del setenta por ciento del tiempo total de un proyecto de minería de datos.
ETAPAS
MINERIA DE DATOS3. Determinación del modelo. Se comienza realizando unos análisis estadísticos de los datos, y después se lleva a cabo una visualización gráfica de los mismos para tener una primera aproximación. Según los objetivos planteados y la tarea que debe llevarse a cabo, pueden utilizarse algoritmos desarrollados en diferentes áreas de la Inteligencia Artificial.
4. Análisis de los resultados. Verifica si los resultados obtenidos son coherentes y los coteja con los obtenidos por los análisis estadísticos y de visualización gráfica. El cliente determina si son novedosos y si le aportan un nuevo conocimiento que le permita considerar sus decisiones.
ETAPAS
MINERIA DE DATOS
Teleconexiones: Son predicciones de asociaciones espaciales sobre una determinada Área Geográfica.
Existen bases de datos con simulaciones de los campos atmosféricos en rejillas dadas.
Se dispone de gran cantidad de información en observatorios locales: precipitaciones, temperaturas, vientos, etc.
APLICACIONES METEOROLOGÍA
MINERIA DE DATOS
Es un área en boga el del análisis del comportamiento de los visitantes, sobre todo, cuando son clientes potenciales en una página de Internet. O la utilización de la información obtenida por medios más o menos legítimos sobre ellos para ofrecerles propaganda adaptada específicamente a su perfil. O para, una vez que adquieren un determinado producto, saber inmediatamente qué otro ofrecerle teniendo en cuenta la información histórica disponible acerca de los clientes que han comprado el primero.
APLICACIONES INTERNET
MINERIA DE DATOS
En los casos de las detecciones de transacciones de lavado de dinero o de fraude en el uso de tarjetas de crédito o de servicios de telefonía móvil e, incluso, en la relación de los contribuyentes con el fisco. Generalmente, estas operaciones fraudulentas o ilegales suelen seguir patrones característicos que permiten, con cierto grado de probabilidad, distinguirlas de las legítimas y desarrollar así mecanismos para tomar medidas rápidas frente a ellas.
APLICACIONES FRAUDES
MINERIA DE DATOSTÉCNICAS
Según el objetivo del análisis de los datos, los algoritmos utilizados se clasifican en supervisados y no supervisados (Weiss y Indurkhya, 1998):
Algoritmos supervisados (o predictivos): predicen un dato (o un conjunto de ellos) desconocido a priori, a partir de otros conocidos.
Algoritmos no supervisados (o del descubrimiento del conocimiento): se descubren patrones y tendencias en los datos.
MINERIA DE DATOSTÉCNICAS
Redes neuronales: Se trata de un sistema de interconexión de neuronas en una red que colabora para producir un estímulo de salida. Ejemplos: Perceptrón, perceptrón multicapa, mapas auto organizados.
Regresión lineal: Forma relaciones entre datos de manera rápida y eficaz pero es insuficiente en espacios multi-dimensionales donde se relacionen más de 2 variables.
MINERIA DE DATOSTÉCNICAS
Árboles de decisión: Un árbol de decisión es un modelo de predicción utilizado en el ámbito de la inteligencia artificial, dada una base de datos se construyen estos diagramas de construcciones lógicas, muy similares a los sistemas de predicción basados en reglas, que sirven para representar y categorizar una serie de condiciones que suceden de forma sucesiva, para la resolución de un problema.
Ejemplos: Algoritmo ID3, Algoritmo C4.5.
MINERIA DE DATOSALGORITMOS
Su uso se engloba en la búsqueda de hipótesis o reglas en él, dado un conjunto de ejemplos, el cual debe estar conformado por una serie de tuplas de valores, cada uno de ellos denominados atributos, en el que uno de ellos, (el atributo a clasificar) es el objetivo, de tipo binario (positivo o negativo, sí o no, etc.).
El algoritmo trata de obtener las hipótesis que clasifiquen ante nuevas instancias, si dicho ejemplo va a ser positivo o negativo.
ID3 realiza esta labor mediante la construcción de un árbol de decisión.
Los elementos son:- Nodos: Los cuales contendrán atributos.- Arcos: Los cuales contienen valores posibles del nodo padre.- Hojas: Nodos que clasifican el ejemplo como positivo o negativo.
ALGORITMO ID3
MINERIA DE DATOSALGORITMOS
A continuación el algoritmo como tal:
Id3(Ejemplos, Atributo-objetivo, Atributos)
Si todos los ejemplos son positivos devolver un nodo positivo Si todos los ejemplos son negativos devolver un nodo negativo Si Atributos está vacío devolver el voto mayoritario del valor del atributo objetivo en Ejemplos
En otro caso Sea A Atributo el MEJOR de atributos Para cada v valor del atributo hacer
Sea Ejemplos(v) el subconjunto de ejemplos cuyo valor de atributo A es v
Si Ejemplos(v) esta vacío devolver un nodo con el voto mayoritario del Atributo objetivo de Ejemplos
Sino Devolver Id3(Ejemplos(v), Atributo-objetivo, Atributos/{A})
ALGORITMO ID3