Estudio de mecanismos para el posicionamiento y navegación de

Transcripción

Memoria del Trabajo de Investigación 2004 - 2005
Estudio de mecanismos para el posicionamiento y navegación
de cámaras virtuales
Alumna:
Evelyn Álvarez
Universidad Politécnica de Madrid
Facultad de Informática
[email protected]
Profesora:
Angélica de Antonio Jiménez
Universidad Politécnica de Madrid
Facultad de Informática
[email protected]
http://www.fi.upm.es
1. Introducción
Uno de los principales problemas en los ambientes virtuales es determinar la
posición que debe ocupar la cámara virtual con el fin de facilitar una visión óptima al
momento en que los agentes virtuales se desplazan por el escenario, complicándose aún
más este problema, cuando en él se encuentran múltiples agentes.
Con el fin de resolver este problema han surgido diversas aproximaciones.
La presente investigación tiene como objetivo mostrar, a través de un estudio
comparativo, los diversos avances tecnológicos
alcanzados
con respecto al
posicionamiento y navegación de cámaras virtuales, todo esto con la finalidad de poder
analizar los diversos aportes y deficiencias que aún persisten a fin de ser mejoradas.
Para lograr este cometido primero se efectuó una revisión de varias investigaciones
realizadas en esta área, destacándose el hecho de que gran parte de ellas se encuentran
enfocadas hacia el campo de la cinematografía virtual o narrativa virtual.
Posteriormente se describieron los aspectos más relevantes de cada investigación, tales
como: finalidad, metodología (si la contemplaba), ámbito de aplicación, limitaciones,
conclusiones y planteamientos futuros. Seguidamente se efectuaron una serie de
estudios comparativos de las investigaciones mencionadas anteriormente. El primero
analiza los distintos enfoques de posicionamiento y navegación de cámaras virtuales
existentes en cada investigación. El segundo estudio presenta los aspectos funcionales
para el tratamiento del posicionamiento y navegación de las cámaras virtuales que cada
uno afronta. El último estudio evalúa cuan detallada es cada propuesta al momento de
definir su proceso de desarrollo, las técnicas que aplican y los resultados que se
obtienen.
Finalmente se destacaron las diferentes necesidades que aún persisten y que
servirán como inicio para una nueva investigación.
Dpto. Lenguajes, Sistemas Informáticos e Ingeniería del Software
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2. Conceptos de Cinematografía
Los disparos son las entidades atómicas de una película. Ofrecen una visualización
continua de una situación, caracterizada por la posición, la orientación, y el movimiento
de la cámara y los objetos que participan en una escena [18]. Ver Figura 1.
Una escena abarca una serie de acontecimientos que ocurren en un espacio y un tiempo
continuo. Cada escena se compone de uno o más disparos.
Se denomina idioma a las fórmulas comúnmente usadas para combinar disparos en
secuencias. El idioma se usa para decidir cuál de los tipos de disparos es el apropiado y
bajo qué condiciones un disparo pasa de una transición a otra [17].
Figura 1. Alturas que enmarcan la referencia para el cuerpo humano
3. Trabajos Previos
El creciente desarrollo de aplicaciones en entornos virtuales 3D destaca la necesidad
de ampliar las capacidades que ofrecen las cámaras virtuales, a la hora de manejar los
puntos de vista desde los que se puede observar el escenario, de forma tal que el proceso
de inmersión por parte del usuario y la interacción persona–ordenador, sean lo más
realistas posible.
Es importante destacar que en la mayoría de los usos de las cámaras virtuales son los
usuarios los que las controlan directamente.
Los acercamientos recientes al control automatizado de las cámaras virtuales en
entornos 3D incluyen sistemas basados en idiomas, en restricciones y en técnicas
intuitivas. Los principales problemas con respecto al uso de la cámara virtual, consisten
en elegir la correcta posición de la cámara, evitar obstáculos en el campo visual,
determinar su trayectoria desde la posición actual cuando es necesario llevarla a otra
posición, definir el estilo de movimiento de la cámara, seleccionar el objetivo de
enfoque o target, y decidir el grado de intervención y control del usuario en su
interacción con el entorno 3D.
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4. Comparativa de enfoques basados en el posicionamiento y navegación de
cámaras virtuales.
4.1. Enfoques cinematográficos
Las investigaciones que se inspiran en la cinematografía virtual 3D, para solventar
los problemas mencionados anteriormente, ejecutan el posicionamiento y orientación de
la cámara, en tiempo real, mediante planificadores basados en idiomas, que generan una
secuencia de disparos prototípicos con el fin de filmar acciones tales como
conversaciones entre agentes virtuales. [3][8][17].
Uno de los modelos que utiliza técnicas cinematográficas basadas en idiomas, para
controlar en tiempo real la localización y posición de la cámara en narrativas
interactivas 3D, es el sistema FILM [3]. Otras investigaciones emplean autómatas
finitos jerárquicos para codificar las reglas de la cinematografía [8][17].
4.2. Enfoques basados en restricciones
Por otra parte están los sistemas basados en restricciones [3][4][6][7][8][9]
[10][11][14][16][20] que tienen el potencial de permitir a los usuarios declarar
directamente el tipo de disparo de la cámara necesario para una tarea dada en un entorno
3D. Sin embargo, por lo general se necesitan métodos complejos para especificar las
características visuales deseadas y requeridas en un disparo.
Los resolutores basados en restricciones para la cámara reciben como entrada
especificaciones de cómo los objetos de interés deben aparecer en el disparo, partiendo
de esta premisa analizan el espacio de los posibles valores para los parámetros de la
cámara y así consiguen encontrar con éxito disparos satisfactorios a pesar de las
oclusiones de la visión o de las configuraciones inesperadas de objetos, típicas en los
ambientes interactivos dinámicos 3D. La relativa importancia de cada restricción la
basan en la asignación dada por una aplicación del usuario [4][10].
Los tipos de restricciones son los que determinan la visión de los objetos en el
disparo de la cámara y están definidas para apoyar el rango óptimo y permisible de los
elementos de la composición fotográfica. Sobre este rango óptimo (posición de la
cámara, dirección del vector al objetivo, y ángulo del campo visual) se construyen las
regiones válidas del espacio, que consisten en representar la gama permisible de los
valores de los parámetros virtuales de la cámara que satisfarán una restricción en
particular, y se determina si la posición de la cámara debe estar cerca o lejos del objeto
de interés, para generar una mayor o menor proyección en el marco de la escena,
creando así la composición de profundidad de la escena. Es el usuario quien carga
manualmente la escena virtual, designa los objeto(s) de interés y define el estilo de
composición fotográfica para que se pueda generar automáticamente el disparo. [4]
Algunos trabajos desarrollan un planificador predictivo que, conjuntamente con el
director virtual, procesa las restricciones parametrizadas del disparo en un marco de
coherencia que parte del estado actual de la cámara, y efectúa los ajustes necesarios para
generar la mejor salida. A menudo se debe optimizar el sistema de navegación porque el
resolutor de restricciones no lo satisface del todo, de manera que el movimiento de la
cámara sea más liso, y se pretende también ejecutar movimientos inteligentes de la
cámara sin tener que considerar previamente ninguna situación futura. [14]
Por otra parte, hay sistemas cuya finalidad radica en localizar a la mayor brevedad el
objeto de interés descrito en el ambiente, a través de una eficiente planificación de los
movimientos de la cámara, es decir, conseguir una buena posición de la visión
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desplazando la cámara desde su posición actual. Sin embargo, normalmente no se
garantiza la mejor trayectoria posible. [16]
Hay investigaciones que además, de basarse en restricciones, incorporan luces
dinámicas y efectos emocionales que influyen sobre el ángulo desde el cual la cámara
exhibe la escena, y por ende sobre el movimiento de la cámara y los estilos de transición
entre los disparos [20].
Existen autores que están creando experiencias inmersivas en sistemas de
aprendizaje, evaluando la conducta intencional de los participantes en sus actividades de
navegación y manipulación de objetos, con el fin de que estos puedan centrar su
atención en la resolución de problemas inherentes a la asignatura objeto del aprendizaje,
mientras que la interfaz planifica dinámicamente las posiciones y movimientos de la
cámara y las direcciones de visión [7].
4.3. Enfoques de manipulación intuitiva
En cuanto a los sistemas basados en técnicas intuitivas, se trata de ofrecer al usuario
mecanismos sencillos para el manejo en tiempo real del punto de vista. [13] propone la
unión tanto del punto de vista primario como del sistema coordinado secundario con los
movimientos naturales del usuario, de forma tal que el usuario, a través de sus gestos,
pueda controlar en un entorno virtual un punto de vista adicional independientemente
del punto de vista primario, mediante la manipulación intuitiva.
5. Conclusiones
Una vez analizado el estado de la cuestión con respecto a las diversas investigaciones
que se ofrecen para mejorar el posicionamiento y navegación de las cámaras virtuales
en ambientes 3D a través de un estudio comparativo desde diversos puntos de vista, se
puede concluir que muchos de los problemas que presentaba el uso de las cámaras
virtuales se han mejorado a través del tiempo y con el avance tecnológico e
investigaciones innovadoras.
Sin embargo persiste la necesidad de mejorar el control interactivo de la cámara con
la expresividad automatizada de forma tal que el usuario se sienta en un ambiente
totalmente inmersivo y al mismo tiempo predictivo.
Esto le permitirá al usuario llevar un control exclusivamente de alto nivel sobre el
posicionamiento y navegación de la cámara en el escenario virtual, de forma tal que no
se sienta perdido cuando esté interactuando en el ambiente. Por otra parte, el resto de
las acciones de medio y bajo nivel deben ser delegadas en un sistema de gestión
automatizado de cámara virtual.
Es importante resaltar que en este campo de investigación no todas sus restricciones
están formalmente definidas, y que algunos de los autores consideran que la tecnología
actual no acompaña en su totalidad los avances a los cuales se desea llegar, por ende
éste es un tema que continúa en proceso de mejora constante.
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