Realidade Virtual e Aumentada

Código:

EIC0070

Sigla:

RVAU

Áreas Científicas
Classificação	Área Científica
OFICIAL	Interacção e Multimédia

Ocorrência: 2018/2019 - 1S

Ativa?	Sim
Unidade Responsável:	Departamento de Engenharia Informática
Curso/CE Responsável:	Mestrado Integrado em Engenharia Informática e Computação

Ciclos de Estudo/Cursos

Sigla	Nº de Estudantes	Plano de Estudos	Anos Curriculares	Créditos UCN	Créditos ECTS	Horas de Contacto	Horas Totais
MIEIC	28	Plano de estudos a partir de 2009/10	5	-	6	42	162

Língua de trabalho

Inglês

Objetivos

Realidade Aumentada é uma tecnologia através da qual se pretende melhorar ou aumentar a visão que um utilizador tem do mundo real com imagens virtuais, usando técnicas de Visão por Computador e de Computação Gráfica. Por outro lado, a Realidade Virtual procura envolver o utilizador real num ambiente totalmente virtual fazendo-o crer que está noutro mundo. O principal objectivo desta disciplina é transmitir aos alunos um conjunto de conhecimentos básicos destas técnicas, que lhes permitam prosseguir estudos mais avançados na área emergente da Realidade Aumentada bem como na Realidade Virtual, e a capacidade de realizar pequenos trabalhos ilustrativos das metodologias estudadas. 

Resultados de aprendizagem e competências

No final, os alunos deverão ser capazes de:
- identificar e caracterizar os componentes, a estrutura e as funções de um sistema mínimo de realidade virtual e/ou aumentada;
- descrever os algoritmos principais usados na implementação de cada um dos componentes;
- descrever como interagem os diversos componentes;
- realizar a integração entre imagens do mundo real e imagens de objectos virtuais;
- desenvolver aplicações de Realidade Aumentada e Virtual, recorrendo a uma biblioteca disponível (ARToolkit, Vuforia, kudan, VRTK).
- desenvolver técnicas avançadas recorrendo a bibliotecas de visão por computador (OpenCV).

Modo de trabalho

Presencial

Pré-requisitos (conhecimentos prévios) e co-requisitos (conhecimentos simultâneos)

Computação Gráfica; OpenGL, WebGL ou tecnologia similar.

Programa

INTRODUÇÃO À REALIDADE VIRTUAL
- Estrutura geral de um sistema de realidade virtual
- Conceitos e Tecnologias.
- Rendering em Realidade Virtual
- Interação em Realidade Virtual
- Motion Sickness, Eye Strain, efeitos secundários
- Desafios de latência
- Guidelines para aplicações

INTRODUÇÃO À REALIDADE AUMENTADA
- Conceitos.
- Aplicações.
- Tecnologias de visualização.
- Componentes de um sistema de Realidade Aumentada.
- Funcionamento geral de um sistema de Realidade Aumentada.

INTRODUÇÃO À VISÃO POR COMPUTADOR
- Estrutura geral de um sistema de visão por computador.
- Introdução às técnicas de aquisição, processamento e análise de imagem.
- Técnicas de aquisição de informação 3D (breve referência).
- Modelação e calibração geométrica de uma câmara.

FUNCIONAMENTO DE UM SISTEMA DE REALIDADE AUMENTADA BASEADO NO SEGUIMENTO DE UM OBJECTO PADRÃO
- Sobreposição de imagens virtuais e reais.
- Descrição das fases principais de processamento: reconhecimento e seguimento do padrão.
- Análise das etapas principais da fase de reconhecimento.
- Análise das etapas principais da fase de seguimento.

PERCEPÇÃO EM AMBIENTES VIRTUAIS
- Percepção visual, auditiva e outras

TECNOLOGIAS UTILIZADAS EM REALIDADE VIRTUAL E AUMENTADA
- Equipamentos e Software 

TÉCNICAS E ALGORITMOS UTILIZADOS EM REALIDADE VIRTUAL E AUMENTADA
- Modelação de objectos 3D
- Visualização de objectos 3D
- Técnicas de aceleração em visualização 3D
- Oclusão
- Detecção de colisões

Bibliografia Obrigatória

Jason Jerald; The VR Book: Human-Centered Design for Virtual Reality, ACM, 2016. ISBN: 978-1-97000-112-9
Dieter Schmalstieg, Tobias Höllerer; Augmented Reality, Addison-Wesley, 2016. ISBN: 978-0-321-88357-5
Rory Stuart; The Design of Virtual Environments, Barricade Books, 2001
Roy Kalowsky; The Science of Virtual Reality and Virtual Environments, Addison Weslley, 1994
E. Trucco, A. Verri; Introductory Techniques for 3-D Computer Vision, Prentice-Hall, 1998

Bibliografia Complementar

Y. Ohta, H. Tamura; Mixed Reality - Merging Real and Virtual Worlds, Ohmsha Ltd. & Springer-Verlag, 1999
Foley, James D. 070; Introduction to computer graphics. ISBN: 0-201-60921-5
R. Gonzalez, R. E. Woods; Digital Image Processing, Prentice-Hall, 2002
Artigos de Revistas e Conferências, nomeadamente: "IEEE Transactions on Visualization and Computer Graphics", "SIGGRAPH Conference Proceedings", EUROGRAPHICS Forum, IEEE Computer Graphics and Applications, IWAR, ISMAR, ISMR e ISAR

Métodos de ensino e atividades de aprendizagem

AULAS TEÓRICO-PRÁTICAS:
- Exposição das matérias do programa, com apresentação de exemplos ilustrativos.
- Realização de pequenos exercícios ilustrativos dos métodos estudados.

AULAS TEÓRICO-PRÁTICAS DE CARÁTER LABORATORIAL:
- Realização de trabalhos práticos, envolvendo a utilização dos conceitos transmitidos.

Software

- OpenGL
- Sistema de desenvolvimento em C/C++ ou Java
- ARToolkit
- Sistemas operativos MS Windows/LINUX
- Matlab

Palavras Chave

Ciências Tecnológicas > Tecnologia > Técnicas gráficas > Computação gráfica
Ciências Físicas > Ciência de computadores > Modelação em 3 dimensões
Ciências Tecnológicas > Tecnologia > Tecnologia de interface > Realidade virtual
Ciências Físicas > Ciência de computadores > Sistema de computadores > Interacção pessoa-computador

Tipo de avaliação

Avaliação distribuída com exame final

Componentes de Avaliação

Designação	Peso (%)
Exame	50,00
Trabalho laboratorial	50,00
Total:	100,00

Componentes de Ocupação

Designação	Tempo (Horas)
Estudo autónomo	68,00
Frequência das aulas	42,00
Trabalho laboratorial	52,00
Total:	162,00

Obtenção de frequência

Não exceder o máximo de faltas permitido e realizar com aproveitamento mínimo de 40% os dois trabalhos para avaliação.

Fórmula de cálculo da classificação final

CF = 50%*CT + 50%*CE

CF: Classificação Final
CT: Classificação média dois dois Trabalhos Práticos
CE: Classificação de Exame Final

Os trabalhos práticos são avaliados no fim do tempo estipulado para a sua elaboração, com apresentação em sessão própria.

O exame final versa toda matéria lecionada e é SEM CONSULTA.

Para obter aprovação é exigido um mínimo de 40% em qualquer das duas componentes de avaliação, distribuída e exame final.

Provas e trabalhos especiais

Provas de exame especial (fim de curso, outras) são compostas por um trabalho e um exame escrito.

Avaliação especial (TE, DA, ...)

A avaliação distribuída é exigida a todos os alunos, independentemente do regime de inscrição. Os alunos com impedimento de frequência das aulas terão de combinar com os docentes a forma de apresentarem a evolução dos trabalhos (sujeitos a avaliação) ao longo do período atribuído para a sua elaboração, assim como fazer a sua apresentação nas datas previstas.

Melhoria de classificação

A melhoria da classificação obtida na componente distribuída pode ser realizada nas épocas de realização de trabalhos práticos da disciplina no ano lectivo seguinte.

Observações

Pré-requisitos: conhecimentos básicos de Computação Gráfica 3D.