Utilizando o Maxwell 3D, foi feita uma simulação magnetostática de um eletroímã, com suas vistas ilustradas na Figura 81.
Figura 81 – Vistas frontal, lateral e superior em perspectiva do eletroímã simulado no Maxwell 3D Fonte: Autor
O resultado da simulação foi exportado em arquivos de extensão “.dsp”, em que as malhas são representadas nos vetores Elements e Nodes e, os campos são representados no vetor ElemSolution.
O vetor Elements contém termos inteiros, cujos dois primeiros representam na sequência o total de nós e o total de elementos finitos. Cada elemento finito é representado por uma sequência de termos no vetor Elements. Os primeiros quatro termos da sequência caracterizam o elemento finito. O quinto termo informa a quantidade de nós associados ao elemento finito. Os demais termos da sequencia são índices de nós. Na simulação em questão, os elementos finitos são tetraedros associados a dez nós: quatro vértices e seis arestas.
O vetor Nodes contém termos reais, sendo que cada três termos representam a coordenada 3D de um nó da malha. As coordenadas dos nós encontram-se ordenadas de acordo com o índice de cada nó, cujo primeiro índice tem valor zero.
O vetor ElemSolution contém valores reais. Os campos são representados a partir do quarto termo deste vetor. Cada sequência de três termos representa o campo 3D de cada nó em cada elemento finito, na sequência do vetor Elements.
Foram exportados três arquivos com extensão “.dsp”: o primeiro contendo a malha na região do imã e da bobina; o segundo contendo a malha e os campos na região do vácuo e o terceiro contendo a malha e os campos na região do vácuo e da bobina.
Foi desenvolvido um software que lê estes três arquivos e gera um arquivo no formato MEF 3D proposto. A superfície gerada corresponde à interface do imã e da bobina com o vácuo. As intensidades de campo nesta superfície correspondem às intensidades de campo no vácuo. A escala de cores utilizada é um degrade do azul para o vermelho, em que o azul corresponde ao campo de menor intensidade e o vermelho ao campo de maior intensidade. A Figura 82 ilustra uma perspectiva do eletroímã reproduzida pelo Visualizador MEF 3D.
Figura 82 – Imagem em perspectiva de campo superficial apresentada pelo Visualizador MEF 3D a partir de uma simulação magnetostática do eletroímã
CONCLUSÃO
Neste trabalho foram propostas melhorias na apresentação MEF voltadas para a Realidade Virtual. Na representação gráfica dos fenômenos físicos foi proposta a seletividade das informações de interesse, para evitar poluição visual. Foi proposto o uso de escala de cores bidimensionais, com degrade entre duas tonalidades. Foram especificadas outras representações como de superfícies equipotenciais e intensidades de campo no espaço 3D. A interface de iteração do usuário com o espaço virtual se faz necessária por ser mais amigável e flexível.
A reprodução 3D Absoluta, em que o endereçamento do cenário virtual não varie com o posicionamento da cabeça do observador, é requisito da interface de iteração do usuário. Utilizando recursos tecnológicos de baixo custo, foi projetado o efeito 3D que oferece este endereçamento absoluto do cenário virtual. Uma camada de software, que a partir da posição medida do ponto de vista de cada olho, faz apresentar em um monitor estereoscópico as perspectivas do cenário de acordo com o ponto de vista de cada olho.
O efeito 3D proposto foi modelado e equacionado. Para que seja reproduzido adequadamente, é necessário que a medição da posição do ponto de vista dos olhos seja precisa, exigindo calibração do rastreador de cabeça.
A camada do efeito 3D, inserida na placa de vídeo, permite a disponibilização automática deste efeito a todas as aplicações gráficas 3D que delegam a renderização ao hardware. O calibrador de cabeça/olhos solidário ao monitor possibilita que sua calibração seja feita uma única vez, ou seja, de fábrica. Com um pequeno avanço tecnológico é possível disponibilizar este efeito a vários observadores em um único monitor, podendo até dispensar o uso de óculos utilizando o monitor auto estereoscópico com rastreamento de cabeça apresentado na seção 3.2. Esta configuração pode caracterizar uma geração de monitores voltados à Realidade Virtual que irá perdurar até a viabilização tecnológica dos monitores volumétricos, não podendo desconsiderar o potencial das soluções de realidade aumentada.
Para prova de conceito, foi implementado um visualizador MEF com a camada do efeito 3D nele inserida. Foi projetado um rastreador de cabeça simplificado, que
estima a posição do ponto de vista dos olhos a partir da medida da posição de dois pontos referência do par de óculos estereoscópico. Este rastreador de cabeça simplificado permite a movimentação da cabeça do observador em apenas quatro graus de liberdade.
Na prova de conceito, a reprodução 3D se mostrou bem realista, proporcionando uma sensação de imersão satisfatória, mesmo sem explorar a percepção de acomodação.
Para testar a representação MEF, no Visualizador MEF foi implementado o leitor do formato de arquivo MEF 3D, especificado neste trabalho, que define superfícies a partir de coordenadas 3D de vértices, associa elementos de face triangular aos seus vértices, atribui cor a cada vértice representando intensidade de campo e define linhas de campo em sequências de coordenadas 3D.
No Maxwell 3D, foi feita uma simulação magnetostática de um eletroímã, cujos dados foram exportados e convertidos para o formato MEF 2D.
A visualização desta simulação no Visualizador MEF com a escala de cores variando entre o azul e o vermelho permitiu uma percepção mais intuitiva das intensidades de campo e o realismo 3D enriqueceu a visualização.
PERSPECTIVAS FUTURAS
A melhor reprodução do efeito 3D explorado depende da precisão da medida da posição dos pontos de vista dos olhos e da latência entre seu posicionamento e a apresentação das respectivas perspectivas, existindo tolerância a estas incertezas e latências.
A melhor precisão da medida pode ser obtida: utilizando câmera de maior definição na medição do posicionamento dos óculos; medindo os seis graus de posicionamento dos óculos com mais pontos referência nele fixados e fazendo uma melhor estimativa da posição dos olhos no referencial dos óculos com base no seu posicionamento, ou até, utilizando câmeras embutidas nos óculos para medir a posição do ponto de vista de cada olho.
A latência depende do tempo de resposta do rastreador de cabeça, do poder de processamento da placa de vídeo e do detalhamento do cenário virtual. Esta latência pode ser melhorada: utilizando câmeras com menor tempo de resposta; dispensando a arquitetura cliente-servidor do rastreador de cabeça; utilizando placas de vídeo com maior poder de processamento e o detalhamento do cenário virtual pode ser reduzido por um processo de compactação, que reduz a quantidade de poliedros, que representam os objetos virtuais, sem comprometer a qualidade da reprodução gráfica.
Na configuração sugerida ideal para o efeito 3D explorado, além do efeito 3D ser automático e dispensar calibrações, o rastreador de cabeça pode ser implementado com a máxima precisão e com o mínimo tempo de resposta. A placa de vídeo pode ser aperfeiçoada para ter a máxima eficiência na renderização de múltiplas perspectivas de um único cenário virtual. Os desenvolvedores de placas de vídeo em conjunto com os desenvolvedores de monitores são os mais capacitados para esta implementação.
No Visualizador MEF, faltam implementar: a interface de interação do usuário; o suporte a animação; a seletividade das informações de interesse e a representação de superfícies equipotenciais e da intensidade escalar de campos na forma de nebulosa. Para tanto, é necessário definir um formato diferente do definido na prova de conceito.
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