Autostereoscopy as a Representation Criteria for Distributed Simulation

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1 Autostereoscopy as a Representation Criteria for Distributed Simulation Conferenza DSIMday 11 Marzo 2011 Università di Tor Vergata Giovanni Saggio, Valerio Selis, Carlo Alberto Pinto, Remy Verbanez, Franco Giannini 1

2 I sei Criteri DSim Un completo Dsim deve soddisfare i sei criteri di simulazione: Le esigenze degli utenti. La rappresentazione. La disponibilità dei dati e la loro affidabilità. La tecnologia. Un solido approccio. Costi / benefici. 2

3 La rappresentazione La nostra scelta ricade principalmente sul secondo criterio: la rappresentazione. È un aspetto fondamentale in quanto aiuta a capire il comportamento dinamico di un sistema. La terza dimensione fornisce alla rappresentazione, caratteristiche come: facilità di utilizzo e di interazione con lo spazio simulato, maggiore realismo e quindi maggiore somiglianza con il mondo reale. 3

4 Tipi di rapprentazioni in 3D Esistono due approcci per la rappresentazione in 3D: stereoscopico e autostereoscopico La caratteristica predominante dell approccio stereoscopico èla necessità da parte dell utente di indossare un paio di occhiali (attivi o passivi). Svantaggi: sfarfallio delle immagini, poca luminosità, cross-talk fino al 10%, necessità di indossare occhiali stereoscopici. Si migliora con l autostereoscopia. 4

5 Tecniche autostereoscopiche Autostereoscopia a rete lenticolare Autostereoscopia a barriera di parallasse Autostereoscopia a illuminazione Autostereoscopia a schermo olografico 5

6 Autostereoscopia a rete lenticolare Il nostro progetto si basa sulla tecnica autostereoscopica con sistema a rete lenticolare. Si basa sulla ripresa di un modello grafico, virtuale o reale, attraverso 8 punti di vista. Sulle riprese viene effettuato il mixing. Dalle immagini 3D viene creato un video. L ampiezza dell angolo visivo è determinata dalla quantità di punti di ripresa. Maggiori punti di vista comportano un più libero posizionamento degli spettatori. 6

7 Caratteristiche del monitor (1) È basato su standard Full HD LCD. Ogni pixel sul pannello combina 3 celle colorate (rosso, verde e blu). Il display Full HD ha un minimo di 2 milioni di pixel a matrice. 7

8 Caratteristiche del monitor (2) Una matrice di piccole lenti cilindriche è posizionata sul pannello. La rete permette di indirizzare a ciascun occhio un immagine differente. Ogni lente cilindrica copre accuratamente 8 celle. 8

9 Caratteristiche del monitor (3) Ciascun sub-pixel viene utilizzato per un diverso punto di vista. Ogni lente sovrappone 8 diversi punti di vista, per questo viene detto multiscopico. 9

10 Caratteristiche del monitor (4) Il monitor è basato su uno streaming di dati di 9GB per minuto che consente, ad un osservatore posto ad almeno 3.5 / 4 metri di distanza dallo schermo, di visualizzare delle immagini in 3D. Al momento esistono tre tipi di monitor: 3DHD-24 risoluzione 1920 x 1080 (16:9) o 1920 x 1200 (16:10). Distanza min-max per effetto 3D metri. Angolo di visuale per effetto 3D DHD-42 risoluzione 1920 x 1080 (16:9). Distanza min-max per effetto 3D metri. Angolo di visuale per effetto 3D DHD-47 stesse caratteristiche del

11 Due approcci Virtuale Reale 11

12 Approccio virtuale : entità (1) La scena virtuale viene gestita interamente in 3dStudioMax Cosa impossibile per un approccio reale. La scena virtuale deve essere popolata dalle seguenti entità: 1- Piano di collimazione (PIANO ZERO). 2- BLOCCO MULTI-CAMERA. 3- Scatole di sicurezza (rossa e verde). La scatola verde è la porzione della scena in cui si ha una resa autostereoscopica soddisfacente. La scatola rossa rappresenta una zona secondaria in cui l effetto autostereoscopico risulta accettabile. 12

13 Approccio virtuale : entità (2) PIANO ZERO 13

14 Approccio virtuale : parametri iniziali (1) Per un effetto autostereoscopico ottimale esistono dei parametri fondamentali. Questi parametri regolano il corretto equilibrio della scena: 1 - OriginCameraSeparation : distanza tra due camere adiacenti. 6,5 cm per impostazione iniziale 2 - OriginFOV : ampiezza dell angolo visivo delle camere. 14,25 gradi per impostazione iniziale 3 - OriginImageZ : distanza tra il blocco multi-camera e il piano zero. 4 m per impostazione iniziale. 14

15 Approccio virtuale : parametri iniziali (2) Asse Y 4 m 4 m 4 m 4 m 4 m 4 m 4 m 4 m cm 6.5 cm 6.5 cm 6.5 cm 6.5 cm 6.5 cm 6.5 cm Asse X 15

16 Approccio virtuale : parametri iniziali (3) Risulta necessario modificare i parametri iniziali in base alle esigenze e all evoluzione della scena per garantire sempre un effetto 3D autostereoscopico. È stato definito il parametro: DepthScale. DepthScale può essere modificato da un minimo di 0,0 ad un massimo di 1,0. In base alla sua modifica, in automatico andranno ad essere modificati anche gli altri parametri. 16

17 Funzionalità di DepthScale (Demo 1) 17

18 Funzionalità di DepthScale (Demo 2) 18

19 Modifica dei parametri Formule per il calcolo dei parametri: NewFOV = 2 * invtan(tan[originfov/2]/depthscale) NewImageZ = OriginImageZ* DepthScale; NewCameraSeparation = OriginCameraSeparation*DepthScale 19

20 Mixing delle immagini (1) Una volta effettuato il rendering delle 8 camere, le singole immagini create non hanno ancora caratteristiche tali da rendere un effetto autostereoscopico sul display multiscopico. A tale proposito è necessario mixare queste immagini. Tutto questo viene reso possibile dal software: Mix8. Questo software ha la caratteristica di creare una singola immagine 3D a partire da 8 immagini 2D. 20

21 Mixing delle immagini (2) Ognuna di queste sotto-cartelle contiene la sequenza di immagini che definiscono l evoluzione della scena, vista da una camera ben precisa. Il software Mix8 si avvale di specifiche OPENGL, per rendere la tecnica del mixing, affidabile e soddisfacente dal punto di vista delle prestazioni finali. Le specifiche OPENGL, in questo contesto, svolgono un lavoro determinante. 21

22 Mixing delle immagini (3) Cam 001 Cam 002 Cam 003 Cam 004 Cam 005 Cam 006 Cam 007 Cam

23 Mixing delle immagini (4) 23

24 Approccio reale (1) La tecnica autostereoscopica a rete lenticolare permette di lavorare non solo in ambienti virtuali, ma anche nel mondo reale. Tuttavia esistono delle differenze rispetto al primo approccio (virtuale): 1 - Le camere devono essere reali (web-cam oppure videocamere). 2 - Risulta indispensabile, avere a disposizione dopo le riprese, 8 video indipendenti, contenenti esattamente la stessa scena. 3 - Le riprese possono partire anche in maniera sequenziale, non parallela, basta sapere qual è il punto di partenza (CIAK), 4 - L impostazione dei parametri, la loro evoluzione e modifica durante l evoluzione della scena reale, deve essere gestita in prima persona. 24

25 Approccio reale (2) SCENA SENSORI PER RILEVARE LA NUOVA DISTANZA TRA LA SCENA E IL BLOCCO MULTI CAMERA. INPUT DA SENSORI LA DISTANZA E CAMBIATA? NO SI SOFTWARE PER GESTIONE CAMERE E POSSIBILE EVOLUZIONE DELLA SCENA ELABORAZIONE INPUT DA SENSORI E RICALCOLO DEI PARAMETRI BLOCCO MULTI-CAMERA AUTOMATIZZATO COMUNICAZIONE AL BLOCCO MULTI-CAMERA DEI NUOVI PARAMETRI 25

26 Vantaggi 1 - Comodità dell utente. 2 - Realismo. 3 - Possibilità di lavorare in ambienti virtuali e reali. 4 - Costi ragionevoli. 5 - Quantità di dati da elaborare gestibile, se con gli opportuni mezzi tecnologici. 6 - Il display auto-stereoscopico è la prima, attualmente unica, tecnologia stereoscopica a fornire la visione multi angolo e a non richiedere l'uso di occhiali speciali. 26

27 Svantaggi 1 - La gestione errata della scena: distanza tra le camere adiacenti, distanza tra il blocco multi-camera e il piano zero, ampiezza dell angolo visivo delle camere, il posizionamento dei personaggi nella scena, comporta effetti di ghosting nella successiva riproduzione 2 - Una visione troppo vicina o troppo lontana comporta un effetto visivo errato. 3 - Alti tempi di lavorazione e produzione. 27

28 I 6 criteri Dsim. Punti analizzati (1) Due tecniche di rappresentazione 3D: stereoscopia e autostereoscopia. Tecnica analizzata: autostereoscopia a rete lenticolare. Caratteristiche del monitor multiscopico. Approccio virtuale 3dStudioMax. Creazione e gestione della scena mediante entità e parametri iniziali. Importanza del parametro DepthScale (con 2 Demo). Formule per la corretta modifica dei parametri. 28

29 Punti analizzati (2) Tecnica del mixing e OPENGL. Esempio immagini 2D ed immagine 3D Approccio reale Differenze rispetto all approccio virtuale Aspetti fondamentali dell approccio Diagramma a blocchi illustrativo sulla nostra idea Vantaggi e Svantaggi dei due approcci 29

30 Conclusioni L approccio proposto alla tecnica 3D è tra i più interessanti nell ambito delle simulazioni 3D, per facilità di utilizzo, grado di realismo offerto, comodità dell utente. Sono state riprodotte immagini e video dimostrativi. 30

31 Grazie dell attenzione Contatti