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Title: Desenvolvimento de dispositivos vestíveis de realidade aumentada de baixocusto para indústria 4.0.
Authors: D’Angelo, Thiago
metadata.dc.contributor.advisor: Oliveira, Ricardo Augusto Rabelo de
Keywords: Dispositivos vestíveis
Realidade aumentada
Indústria 4.0
Issue Date: 2018
metadata.dc.contributor.referee: Oliveira, Ricardo Augusto Rabelo de
Bianchi, Andrea Gomes Campos
Silva, Jorge Sá
Kelner, Judith
Ferreira, Anderson Almeida
Citation: D'ANGELO, Thiago. Desenvolvimento de dispositivos vestíveis de realidade aumentada de baixocusto para indústria 4.0. 2018. 141 f. Dissertação (Mestrado em Ciência da Computação) - Instituto de Ciências Exatas e Biológicas, Universidade Federal de Ouro Preto, Ouro Preto, 2018.
Abstract: Com a 4ª Revolução Industrial, as indústrias geram cada vez mais dados que precisam ser processados, visualizados e interpretados de forma rápida e eficiente para aprimorar o processo de tomada de decisões. Nesse cenário, dispositivos vestíveis de realidade aumentada (RA) e realidade virtual (RV) se apresentam como interfaces intuitivas e eficazes para visualização das informações e podem contribuir para o aprimoramento do processo de tomada de decisões em todos os níveis da indústria. Os Head-Mounted Displays (HMDs) são os principais dispositivos vestíveis utilizados em aplicações de RA e RV. Essas tecnologias são consideradas bastante promissoras e tendem a representar um grande mercado num futuro próximo. Elas podem ser aproveitadas tanto para as tarefas relacionadas ao ambiente de trabalho, como para muitas outras atividades diárias, incluindo entretenimento, Diversos HMDs, capazes de fornecer RV e Ra para os usuários, começaram a surgir nos últimos anos. Apesar disso, dois grandes problemas estão dificultando a adoção desses dispositivos em larga escala: os custos extremamente altos (variando de US$ 700 a US$ 5000) e os problemas de experiência de usuário (por exemplo: o conflito entre vergência e acomodação, o campo de visão reduzido, a alta latência na renderização das imagens virtuais e a dificuldade de calibração dos HMDs). Sendo assim, a análise de alternativas de desenvolvimento que impliquem numa redução significativa do custo de construção dos HMDs, sem uma grande deterioração da experiência do usuário, é um importante passo rumo a adoção em larga escala desses dispositivos, facilitando a aplicação industrial e aprimorando a tomada de decisão em todos níveis da indústria. Dessa forma, com intuito de explorar essas questões e de minimizar esses problemas, é proposto, neste trabalho, o desenvolvimento e a avaliação de três protótipos de HMDs de RA construídos com materiais de baixo-custo. O primeiro protótipo contém diversos sensores para coleta de dados sobre o ambiente no qual o usuário está inserido e é capaz de apresentar essas informações através de um display de RA. O segundo protótipo desenvolvido é capaz de executar algoritmos de Gaze Tracking com objetivo de melhorar a interação e a experiência do usuário durante sua utilização. O terceiro protótipo foi desenvolvido através de uma abordagem mais simples e com foco na melhora da usabilidade. Isso possibilitou a realização de experiência de usuário que comprovou a boa relação de custo x benefício desse dispositivo. Dois algoritmos de processamento de imagens e reconhecimento de padrões, relacionados a algumas aplicações de HMDs, foram implementados e avaliados, quanto ao desempenho em tempo real, em diversas plataformas de hardware. Além disso, o uso dos três protótipos é avaliado em um estudo de caso que contempla a aplicação de realidade aumentada vestível na teleinspeção dos transportadores de correia da indústria de mineração.
metadata.dc.description.abstracten: In the context of 4th Industrial Revolution, industries are increasingly generating data which demand fast and efficient processing, visualization and interpratation in order to enhance the decision-making process. In this scenario, wearable devices for augmented reality (AR) and virtual reality (VR) are presented as intuitive and effective interfaces for visualizing information and can contribute to the enhancement of the decision-making process at all levels of the industry. Head-Mounted Displays (HMDs) are the main wearable devices used in AR and VR applications. These are very promising technologies which tend to represent a large market in the near future. They can be harnessed for both work-related tasks and many other daily activities, including entertainment. Several AR and VR HMDs have begun to emerge in recent years. Despite this fact, two major problems are hindering these devices from reaching large scale adoption: extremely high costs (from US$ 700 to US$ 5000) and user experience issues (such as: vergence and accommodation , narrow field of view, high latency in virtual image rendering, and difficulties on HMD calibration). Therefore, the analysis of development alternatives that drive a significant cost reduction in HMD construction, without a great loss of user experience, is an important step towards large-scale adoption of these devices, facilitating their industrial application and improving the decision-making process at all levels of industry. In order to explore these issues, we have developed three AR HMD prototypes built with low-cost materials. The first prototype contains a set of sensors for collecting data about the user’s environment and is able to present this information through an AR display. The second prototype is capable of running Gaze Tracking algorithms, in order to improve user interaction and user experience. The third prototype was developed through a simpler approach with a focus on usability improvement. This approach enabled a detailed study of the user experience that proved the cost effectiveness of this device. Two digital image processing and pattern recognition algorithms, related to HMD applications, were implemented and evaluated, for their real-time performance, on several hardware platforms. In addition, the usage of all prototypes is evaluated in a case study related to the application of wearable augmented reality in the teleinspection of belt conveyors rollers in the mining industry.
Description: Programa de Pós-Graduação em Ciência da Computação. Departamento de Ciência da Computação, Instituto de Ciências Exatas e Biológicas, Universidade Federal de Ouro Preto.
URI: http://www.repositorio.ufop.br/handle/123456789/11416
metadata.dc.rights.license: Autorização concedida ao Repositório Institucional da UFOP pelo(a) autor(a) em 24/05/2018 com as seguintes condições: disponível sob Licença Creative Commons 4.0 que permite copiar, distribuir e transmitir o trabalho desde que sejam citados o autor e o licenciante.
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