PDF de programación - MINERVA: SISTEMA DE ESPECIFICACIÓN LÓGICA BASADO EN SENSORES, CONTROLADORES Y ACTUADORES PARA APLICACIONES DE REALIDAD AUMENTADA

MINERVA: SISTEMA DE ESPECIFICACIÓN LÓGICA BASADO EN

SENSORES, CONTROLADORES Y ACTUADORES PARA APLICACIONES DE

REALIDAD AUMENTADA

UNIVERSIDAD DE CASTILLA-LA MANCHA
ESCUELA SUPERIOR DE INFORMÁTICA

INGENIERÍA

EN INFORMÁTICA

PROYECTO FIN DE CARRERA

Minerva: Sistema de especificación lógica basado en Sensores,

Controladores y Actuadores para aplicaciones de Realidad

Aumentada

César Mora Castro

Julio, 2011

UNIVERSIDAD DE CASTILLA-LA MANCHA
ESCUELA SUPERIOR DE INFORMÁTICA

INGENIERÍA

EN INFORMÁTICA

PROYECTO FIN DE CARRERA

Minerva: Sistema de especificación lógica basado en Sensores,

Controladores y Actuadores para aplicaciones de Realidad

Aumentada

Autor: César Mora Castro
Director: Carlos González Morcillo

Julio, 2011

César Mora Castro

E-mail: [email protected], [email protected]
Telefono: 926 295 300 Ext:96677
Web site: http://theminervaproject.wordpress.com
c 2011 César Mora Castro

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TRIBUNAL:

Presidente:

Vocal 1:

Vocal 2:

Secretario:

FECHA DE DEFENSA:

CALIFICACIÓN:

PRESIDENTE

VOCAL 1

VOCAL 2

SECRETARIO

Fdo.:

Fdo.:

Fdo.:

Fdo.:

A mi familia y amigos,
por su apoyo y amistad.

Resumen

La informática gráfica es un área de la informática que ha venido evolucionando de forma
vertiginosa durante las últimas tres décadas, con aplicación directa en multitud de mercados
como la industria cinematográfica, los videojuegos, la medicina o la educación. La Realidad
Aumentada supone un nuevo enfoque de esta área que está cambiando la forma en que nos
comunicamos con los ya imprescindibles dispositivos informáticos.

La gran heterogeneidad de arquitecturas hardware, la existencia de multitud de técnicas
de registro de la realidad, la fuerte base matemática subyacente y el amplio compendio de
conocimientos informáticos necesarios, hacen que desarrollar aplicaciones de Realidad Au-
mentada sea, hoy en día, un complejo trabajo de ingeniería.

El presente proyecto fin de carrera surge con el objetivo de proporcionar un lenguaje de
alto nivel (denominado Minerva Specification Language) mediante el cual definir la lógica
de aplicaciones de Realidad Aumentada, además de una plataforma software para su inter-
pretación y posterior ejecución. De esta forma, el conocimiento técnico requerido se reduce
drásticamente, abstrayendo al usuario de numerosas cuestiones como la captura de vídeo, la
representación de gráficos o el registro de la realidad.

Minerva ofrece multitud de características multimedia, como la reproducción de soni-
dos, representación de modelos tridimensionales o simulación física. Incluso para usuarios
más avanzados, se permite extender su funcionalidad utilizando el lenguaje de scripting Py-
thon.

Gracias a la potencia descriptiva del enfoque basado en Sensores, Controladores y Ac-
tuadores, y al acceso de bajo nivel basado en el lenguaje Python, con Minerva se pueden
crear aplicaciones de Realidad Aumentada en una gran variedad de dominios con una baja
complejidad de desarrollo. El eslógan de Minerva resume el principal objetivo seguido en su
construcción: Minerva: building Augmented Reality apps has never been so easy!.

XI

Abstract

Computer graphics is an area of computer science that has had a striking evolution during
the last three decades, and has a direct application in several markets such as film industry,
videogames, medicine or education. Augmented Reality is a new approach of this technology
that is changing the way used to communicate with the indispensables.

The wide heterogeneity of hardware architectures, the existence of several tracking me-
thods, and the extense number of computer skills needed, make the development of Aug-
mented Reality applications a complex engineering task nowadays.

The current Final Project arise with the goal of provide a high-level language (called Mi-
nerva Specification Language) whereby the logic of Augmented Reality applications can be
defined, as well as a software platform to interpret and run it. Thus, the technical knowledge
is decreased dramatically, releasing the user of several issues like video capturing, graphic
rendering or reality tracking.

Minerva offers a lot of multimedia features as sound playing, the representation of tridi-
mensional objects or physics simulation. Even for more advanced users, the functionality
can be extended through the Python scripting language.

Thanks to the descriptive power of the Sensors, Controllers and Actuators based approach,
and the low level access provided by the Python language, several Augmented Reality appli-
cations can be made with a low development complexity. The Minerva’s slogan resumes its
main aim: Minerva: building Augmented Reality apps has never been so easy!.

XIII

Índice general

Resumen

Abstract

Índice general

Índice de figuras

Listado de acrónimos

1. Introducción

1.1. Qué es Realidad Aumentada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.2. Elementos Estructurales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Introducción Histórica
1.3.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.4.
Impacto Socio-Económico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.5. Problemática
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
1.6. Estructura del documento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. .

.

2. Antecedentes

2.1. Plataformas y frameworks

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.1.1. Sistemas SCA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.1.2. Frameworks de simulación física . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.1.3. Lenguajes de alto nivel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.1.4. Toolkits de Realidad Aumentada . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.2.1. Procesadores de lenguajes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.2.2. Lenguajes de script . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Informática gráfica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.3.1. Base matemática . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.3.2. Gráficos 3D por computador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.3.3. Simulación física . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.4. Visión por computador

2.2. Lenguajes de alto nivel

2.3.

XI

XIII

XV

XIX

XXI

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XV

2.4.1. Fundamentos ópticos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.4.2. Métodos de tracking . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.4.3. Registro espacial
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. .
2.5.1. Código multiplataforma . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.5.2. Bibliotecas auxiliares . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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2.5. Diseño software .

3. Objetivos

4. Método de trabajo

.

4.1. Metodología de trabajo . .
4.2. Herramientas
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4.2.1. Lenguajes .
4.2.2. Hardware .
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4.2.3. Software

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. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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5. Arquitectura

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5.3. Módulo de representación . .

5.1. Descripción general . .
5.2. Módulo de componentes

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.2.1. Submódulo de componentes MAO . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.2.2. Submódulo de componentes MLB . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.2.3. Submódulo de control de lógica . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.3.1. Submódulo de representación 3D . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.3.2. Submódulo de simulación física . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.3.3. Submódulo de animación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.3.4. Submódulo de representación 2D . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.4.1. Submódulo de captura de vídeo . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.4.2. Submódulo de eventos de entrada . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.4.3. Submódulo de audio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . .
5.6. Módulo de procesamiento de lenguajes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.6.1. Submódulo de procesamiento MSL . . . . . . . . . . . . . . . . .
5.6.2. Submódulo de procesamiento de lenguaje de script
. . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5.5.1. Submódulo de detección de marcas

5.4. Módulo de Entrada-Salida

5.7. Módulo de depuración .

5.5. Módulo de registro .

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