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Sistemas de Tracking en Realidad Aumentada para Patrimonio

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Ponencia invitada del II Seminario de documentación y musealización 3D del patrimonio cultural, Universidad Politécnica de Madrid, impartida el 18 de Septiembre de 2014.

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Sistemas de Tracking en Realidad Aumentada para Patrimonio

  1. 1. II Seminario de documentación y musealización 3D del patrimonio cultural Carlos González MorcilloCarlos González Morcillo Profesor Titular de Universidad UCLMProfesor Titular de Universidad UCLM www.cgw.es @cgmorcillo
  2. 2. Carlos.Gonzalez@uclm.es http://www.cgw.es @cgmorcillo TabladeContenidos  Qué es Realidad Aumentada  Elementos del Sistema  Métodos de Tracking Visual  Marcas  Características Naturales  Basado en Modelos  Reconstrucción al Vuelo  Enfoques Híbridos  Líneas de Investigación Actuales
  3. 3. Carlos.Gonzalez@uclm.es http://www.cgw.es @cgmorcillo TabladeContenidos  Qué es Realidad Aumentada  Elementos del Sistema  Métodos de Tracking Visual  Marcas  Características Naturales  Basado en Modelos  Reconstrucción al Vuelo  Enfoques Híbridos  Líneas de Investigación Actuales
  4. 4. Carlos.Gonzalez@uclm.es http://www.cgw.es @cgmorcillo TabladeContenidos  Qué es Realidad Aumentada  Elementos del Sistema  Métodos de Tracking Visual  Marcas  Características Naturales  Basado en Modelos  Reconstrucción al Vuelo  Enfoques Híbridos  Líneas de Investigación Actuales
  5. 5. Carlos.Gonzalez@uclm.es http://www.cgw.es @cgmorcillo TabladeContenidos  Qué es Realidad Aumentada  Elementos del Sistema  Métodos de Tracking Visual  Marcas  Características Naturales  Basado en Modelos  Reconstrucción al Vuelo  Enfoques Híbridos  Líneas de Investigación Actuales
  6. 6. Carlos.Gonzalez@uclm.es http://www.cgw.es @cgmorcillo TabladeContenidos  Qué es Realidad Aumentada  Elementos del Sistema  Métodos de Tracking Visual  Marcas  Características Naturales  Basado en Modelos  Reconstrucción al Vuelo  Enfoques Híbridos  Líneas de Investigación Actuales
  7. 7. Carlos.Gonzalez@uclm.es http://www.cgw.es @cgmorcillo TabladeContenidos  Qué es Realidad Aumentada  Elementos del Sistema  Métodos de Tracking Visual  Marcas  Características Naturales  Basado en Modelos  Reconstrucción al Vuelo  Enfoques Híbridos  Líneas de Investigación Actuales
  8. 8. Carlos.Gonzalez@uclm.es http://www.cgw.es @cgmorcillo QuéesRealidadAumentada  Variación de Entornos Virtuales.  Incorpora información sintética al mundo real. 8
  9. 9. Interfaces Tangibles RA Espacial RA Visión RV SemiInmersiva RV Inmersiva Carlos.Gonzalez@uclm.es http://www.cgw.es @cgmorcillo QuéesRealidadAumentada  Variación de Entornos Virtuales.  Incorpora información sintética al mundo real. 9
  10. 10. Carlos.Gonzalez@uclm.es http://www.cgw.es @cgmorcillo QuéesRealidadAumentada  Variación de Entornos Virtuales.  Incorpora información sintética al mundo real.  Características: [Azuma97]  Real + Virtual  Interactivo  Registro en 3D 10
  11. 11. Carlos.Gonzalez@uclm.es http://www.cgw.es @cgmorcillo QuéesRealidadAumentada  Variación de Entornos Virtuales.  Incorpora información sintética al mundo real.  Características: [Azuma97]  Real + Virtual  Interactivo  Registro en 3D 11
  12. 12. Carlos.Gonzalez@uclm.es http://www.cgw.es @cgmorcillo QuéesRealidadAumentada  Variación de Entornos Virtuales.  Incorpora información sintética al mundo real.  Características: [Azuma97]  Real + Virtual  Interactivo  Registro en 3D 12
  13. 13. Carlos.Gonzalez@uclm.es http://www.cgw.es @cgmorcillo QuéesRealidadAumentada  Variación de Entornos Virtuales.  Incorpora información sintética al mundo real.  Características: [Azuma97]  Real + Virtual  Interactivo  Registro en 3D 13
  14. 14. Carlos.Gonzalez@uclm.es http://www.cgw.es @cgmorcillo QuéesRealidadAumentada  Variación de Entornos Virtuales.  Incorpora información sintética al mundo real.  Características: [Azuma97]  Real + Virtual  Interactivo  Registro en 3D 14
  15. 15. Carlos.Gonzalez@uclm.es http://www.cgw.es @cgmorcillo QuéesRealidadAumentada  Variación de Entornos Virtuales.  Incorpora información sintética al mundo real.  Características: [Azuma97]  Real + Virtual  Interactivo  Registro en 3D 15
  16. 16. Carlos.Gonzalez@uclm.es http://www.cgw.es @cgmorcillo QuéesRealidadAumentada  Variación de Entornos Virtuales.  Incorpora información sintética al mundo real.  Características: [Azuma97]  Real + Virtual  Interactivo  Registro en 3D 16
  17. 17. Carlos.Gonzalez@uclm.es http://www.cgw.es @cgmorcillo MercadoRA 17 Total de mercado en AR Móvil según categorías (Juniper Research) MillonesdeDólares
  18. 18. Carlos.Gonzalez@uclm.es http://www.cgw.es @cgmorcillo TrendingTopic? 18 Augmented Reality Virtual Reality Google Trends Search Volume Index (by Country) Google Trends
  19. 19. Carlos.Gonzalez@uclm.es http://www.cgw.es @cgmorcillo TrendingTopic? 19 Augmented Reality Virtual Reality Google Trends Search Volume Index (by Country) Spain: 18 Portugal: 31 France: 12 UK: 61 Germany: 54 Netherlands: 80 USA: 46 India: 63
  20. 20. Prototipo de Lentes de Contacto B. Parviz et al. (2009) University of Washington Carlos.Gonzalez@uclm.es http://www.cgw.es @cgmorcillo LentillasRA 20
  21. 21. Google+: g.co/projectglass 4th April 2012 Carlos.Gonzalez@uclm.es http://www.cgw.es @cgmorcillo 21
  22. 22. Carlos.Gonzalez@uclm.es http://www.cgw.es @cgmorcillo Elementos 22 [ Krevelen & Poleman (2010)]
  23. 23. 1. Captura del Entorno (Sensores) 11 Carlos.Gonzalez@uclm.es http://www.cgw.es @cgmorcillo Elementos 23 [ Krevelen & Poleman (2010)]
  24. 24. 1. Captura del Entorno (Sensores) 2. Tracking (Localización y Movim.) 1 2 1 2 Carlos.Gonzalez@uclm.es http://www.cgw.es @cgmorcillo Elementos 24 [ Krevelen & Poleman (2010)]
  25. 25. 1. Captura del Entorno (Sensores) 2. Tracking (Localización y Movim.) 3. Registro (Representación) 1 2 3 1 2 3 Carlos.Gonzalez@uclm.es http://www.cgw.es @cgmorcillo Elementos 25 [ Krevelen & Poleman (2010)]
  26. 26. [G. Papagiannakis, G. Singh et al (2008)] Carlos.Gonzalez@uclm.es http://www.cgw.es @cgmorcillo Registro(Representación) 26
  27. 27. Carlos.Gonzalez@uclm.es http://www.cgw.es @cgmorcillo Másque«Localización»... 27
  28. 28. Carlos.Gonzalez@uclm.es http://www.cgw.es @cgmorcillo Másque«Localización»... 28  ¿Desde dónde miro?
  29. 29. Carlos.Gonzalez@uclm.es http://www.cgw.es @cgmorcillo Másque«Localización»... 29  ¿Desde dónde miro?  Cómo medir la Camera Pose (6DOF): Tracking
  30. 30. Carlos.Gonzalez@uclm.es http://www.cgw.es @cgmorcillo Másque«Localización»... 30  ¿Desde dónde miro?  Cómo medir la Camera Pose (6DOF): Tracking
  31. 31. Carlos.Gonzalez@uclm.es http://www.cgw.es @cgmorcillo Másque«Localización»... 31  ¿Desde dónde miro?  Cómo medir la Camera Pose (6DOF): Tracking
  32. 32. Tracking Sensores Visión Híbrido Ópticos Acústicos Otros Magnéticos Inerciales Con Marcas Sin Marcas Carlos.Gonzalez@uclm.es http://www.cgw.es @cgmorcillo MétodosdeTracking 32
  33. 33. Tracking Sensores Visión Híbrido Ópticos Acústicos Otros Magnéticos Inerciales Con Marcas Sin Marcas Carlos.Gonzalez@uclm.es http://www.cgw.es @cgmorcillo MétodosdeTracking 33
  34. 34. Tracking Sensores Visión Híbrido Ópticos Acústicos Otros Magnéticos Inerciales Con Marcas Sin Marcas Carlos.Gonzalez@uclm.es http://www.cgw.es @cgmorcillo MétodosdeTracking 34 ☺ Muy precisos ☺ Robustos ☺ Poco intrusivos ☺ Baratos
  35. 35. Carlos.Gonzalez@uclm.es http://www.cgw.es @cgmorcillo MétodosTrackingVisual 35 Marcas (Fiducial Markers) Métodos sin Marcadores  Características Naturales (KeyPoint)  Basado en Modelos (IPB, PS, ...)  Reconstrucción al vuelo (SLAM)  Métodos Híbridos (+IMU...)
  36. 36. Carlos.Gonzalez@uclm.es http://www.cgw.es @cgmorcillo Marcas(FiducialMarkers) 36 Binarización Extracción de Componentes Identificación de Aristas y Vértices [Rekimoto: Matrix 1998] [Kato: ARToolKit 1999]
  37. 37. Carlos.Gonzalez@uclm.es http://www.cgw.es @cgmorcillo Marcas:EjemplodeUso 37 Museo Virtual de Informática UCLM http://www.esi.uclm.es/museo/
  38. 38. Carlos.Gonzalez@uclm.es http://www.cgw.es @cgmorcillo Marcas:Limitaciones 38
  39. 39. Carlos.Gonzalez@uclm.es http://www.cgw.es @cgmorcillo Marcas:Propagacióndelerror 39  Cuidado: No valen como sistema de posicionamiento absoluto... Propagación del Error!
  40. 40. Carlos.Gonzalez@uclm.es http://www.cgw.es @cgmorcillo Marcas:Propagacióndelerror 40 Origen situado en el centro de la marca  Cuidado: No valen como sistema de posicionamiento absoluto... Propagación del Error!
  41. 41. Carlos.Gonzalez@uclm.es http://www.cgw.es @cgmorcillo Marcas:Propagacióndelerror 41 Origen situado en el centro de la marca Propagando el mismo error con respecto a referencia externa  Cuidado: No valen como sistema de posicionamiento absoluto... Propagación del Error!
  42. 42. Carlos.Gonzalez@uclm.es http://www.cgw.es @cgmorcillo MétodosTrackingVisual 42 Marcas (Fiducial Markers) Métodos sin Marcadores  Características Naturales (KeyPoint)  Basado en Modelos (IPB, PS, ...)  Reconstrucción al vuelo (SLAM)  Métodos Híbridos (+IMU...)
  43. 43. Carlos.Gonzalez@uclm.es http://www.cgw.es @cgmorcillo MétodosTrackingVisual 43 Marcas (Fiducial Markers) Métodos sin Marcadores  Características Naturales (KeyPoint)  Basado en Modelos (IPB, PS, ...)  Reconstrucción al vuelo (SLAM)  Métodos Híbridos (+IMU...)
  44. 44. Carlos.Gonzalez@uclm.es http://www.cgw.es @cgmorcillo CaracterísticasNaturales 44  Extracción de Puntos Clave (Previo)  Matching de Puntos Clave (Tpo. Real)  Cálculo del Camera Pose [G. Simon et al.: 2000]
  45. 45. Carlos.Gonzalez@uclm.es http://www.cgw.es @cgmorcillo MétodosTrackingVisual 45 Marcas (Fiducial Markers) Métodos sin Marcadores  Características Naturales (KeyPoint)  Basado en Modelos (IPB, PS, ...)  Reconstrucción al vuelo (SLAM)  Métodos Híbridos (+IMU...)
  46. 46. Carlos.Gonzalez@uclm.es http://www.cgw.es @cgmorcillo TrackingBasadoenModelos 46  Muestreo de Puntos de Control  Detección de Aristas  Matching de Puntos (Modelo CAD)  Cálculo del Camera Pose [T. Drummond et al.: 2002]
  47. 47. Carlos.Gonzalez@uclm.es http://www.cgw.es @cgmorcillo MétodosTrackingVisual 47 Marcas (Fiducial Markers) Métodos sin Marcadores  Características Naturales (KeyPoint)  Basado en Modelos (IPB, PS, ...)  Reconstrucción al vuelo (SLAM)  Métodos Híbridos (+IMU...)
  48. 48. Carlos.Gonzalez@uclm.es http://www.cgw.es @cgmorcillo On-the-fly:PTAMM 48 [G. Klein et al.: 2007] [Castle PTAMM: 2011]Encontrar características Actualizar Camera Pose Desplegar Gráficos 3D Actualizar Mapa Un Frame Proceso 1 Tracking Proceso 2 Mapping
  49. 49. Carlos.Gonzalez@uclm.es http://www.cgw.es @cgmorcillo MétodosTrackingVisual 49 Marcas (Fiducial Markers) Métodos sin Marcadores  Características Naturales (KeyPoint)  Basado en Modelos (IPB, PS, ...)  Reconstrucción al vuelo (SLAM)  Métodos Híbridos (+IMU...)
  50. 50. Carlos.Gonzalez@uclm.es http://www.cgw.es @cgmorcillo TrackingHíbrido:Hesperia 50
  51. 51. Carlos.Gonzalez@uclm.es http://www.cgw.es @cgmorcillo ComparativaTracking 51 [S. DiVerdi, T. Hollerer (2007)] Tecnología Rango(m) Precisión(mm) Entorno Marcas 2/5 2/10 Interior Modelos 5/10 2/10 Int/Ext Caract. Nat. 20/30 2/10 Int/Ext GPS ∞ 5000 Ext WiFi 100 1000 Int Inercial ∞ 2/10 Int/Ext RFID (Act/Pas) 0 /20 500 Int Híbridos Enfoques Híbridos: Fusión de Información
  52. 52. Carlos.Gonzalez@uclm.es http://www.cgw.es @cgmorcillo ISMAR(%10Años) [F. Zhou, H. Duh et al] 52 Tema % Artículos % Citas Tracking 20.1% 32.1% Interacción 14.7% 12.5% Calibración 14.1% 12.5% Aplicaciones 14.4% 12.5% Despliegue 11.8% 5.4% AR Móvil 6.1% 7.1% Evaluación 5.8% 1.8% ...
  53. 53. Carlos.Gonzalez@uclm.es http://www.cgw.es @cgmorcillo LíneasdeTrabajo [J. Carmigniani, B. Furht (2013)] 53 Int. Fijos Ext. Móvil Int. Móvil Ext. Fijos 11% 36% 45% 8% 18 Papers AR en Museología [2009/2013] Taxonomía de Sistema
  54. 54. Carlos.Gonzalez@uclm.es http://www.cgw.es @cgmorcillo LíneasdeTrabajo [J. Carmigniani, B. Furht (2013)] 54 Int. Fijos Ext. Móvil Int. Móvil Ext. Fijos 11% 36% 45% 8% 18 Papers AR en Museología [2009/2013] Taxonomía de Sistema Tracking Óptico 78% 10% Inercial 2% GPS 3% Wireless Híbridos 7%
  55. 55. Carlos.Gonzalez@uclm.es http://www.cgw.es @cgmorcillo LíneasdeTrabajo [J. Carmigniani, B. Furht (2013)] 55 Int. Fijos Ext. Móvil Int. Móvil Ext. Fijos 11% 36% 45% 8% 18 Papers AR en Museología [2009/2013] Taxonomía de Sistema Tracking Pantalla Móvil 65% Display Óptico 78% 10% Inercial 2% GPS 3% Wireless Híbridos 7% Pant. Fija HMDs 20% 15%
  56. 56. II Seminario de documentación y musealización 3D del patrimonio cultural Carlos González MorcilloCarlos González Morcillo Profesor Titular de Universidad UCLMProfesor Titular de Universidad UCLM www.cgw.es @cgmorcillo

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