Framework para Aplicaciones de Realidad Aumentada en Android

167 Pages·2011·4.76 MB·Spanish

Look!: Framework para
Aplicaciones de Realidad
Aumentada en Android
Proyecto de Sistemas Inform´aticos
2010/2011
Facultad de Inform´atica
Universidad Complutense de Madrid
Sergio Bell´on Alcarazo
Jorge Creixell Rojo
´
Angel Serrano Laguna
Dirigido por Jorge J. G´omez Sanz

Nosotros,SergioBell´onAlcarazo,JorgeCreixellRojoyA´ngelSerranoLagu-
na, creadores del presente documento y del proyecto de Sistemas Inform´aticos
Look!: Framework para Aplicaciones de Realidad Aumentada en Android, auto-
rizamosalaUniversidadComplutenseadifundiryutilizarconfinesacad´emicos,
no comerciales y mencionando expresamente a sus autores, tanto la propia me-
moria, como el c´odigo, la documentaci´on y/o el prototipo desarrollado.
Sergio Bell´on Alcarazo
DNI: 71224978-G
Jorge Creixell Rojo
DNI: 54053166-S
A´ngel Serrano Laguna
DNI: 06276034-R

Resumen
SepresentaelframeworkdeaplicacionesderealidadaumentadaLook!,desarro-
lladoparael sistemaoperativom´ovilAndroid. Look! pretendeaunaren uns´olo
frameworkfuncionalidadesb´asicasrequeridaseneldesarrollodeaplicacionesde
realidad aumentada.
El framework se valida con cuatro desarrollos protot´ıpicos: una galer´ıa de
im´agenes en 3D, un mundo virtual, un juego interactivo en tres dimensiones y
una aplicaci´on para la creaci´on de redes sociales con soporte para geolocaliza-
ci´on.
Adicionalmente, se han escrito tutoriales que asistan al uso de este frame-
work,ysehadocumentadosuficientementesufuncionamientoporsiotrosequi-
pos quisieran continuar con este desarrollo.
Palabras clave realidad aumentada, android, localizaci´on en interiores, fra-
mework, arquitectura rest, wifi, navegaci´on inercial

Abstract
This document introduces the application framework for augmented reality
Look!,developedforthemobileoperatingsystemAndroid.Look! providesbasic
functionalities required in the development of augmented reality applications.
The framework is validated with four prototypic developments: a 3D image
gallery, a virtual world, a 3D game, and a location-based social network.
Additionally,tutorialsassistingthedevelopmentofapplicationsthroughthis
frameworkhavebeenwritten,anditissufficientlydocumentedincasethiswork
was continued.
Keywords augmented reality, android, indoor location, framework, rest ar-
chitecture, wifi, inertial navigation

´
Indice general
1. Introducci´on 10
1.1. Realidad Aumentada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
1.2. Objetivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
1.3. Estructura del Documento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
2. Requisitos 13
2.1. Requisitos Funcionales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
2.1.1. Capas de Gr´aficos en 2D y 3D . . . . . . . . . . . . . . . 13
2.1.2. Construcci´ondeEntidadesrepresentablesenRealidadAu-
mentada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
2.1.3. Interacci´on con los Objetos Virtuales . . . . . . . . . . . . 14
2.1.4. Localizaci´on en Interiores de Edificios . . . . . . . . . . . 14
2.1.5. Servicio de Persistencia de Datos . . . . . . . . . . . . . . 14
2.2. Requisitos No Funcionales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
2.3. Restricciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
3. Estado del Arte 16
3.1. Frameworks para realidad aumentada . . . . . . . . . . . . . . . 16
3.1.1. Layar Reality Browser . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
3.1.2. mixare . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
3.1.3. AndAR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
3.1.4. Conclusiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
3.2. Sistemas operativos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
3.2.1. Android . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
3.2.2. iOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
3.2.3. Tecnolog´ıa de escritorio m´as webcam . . . . . . . . . . . . 21
3.2.4. Tecnolog´ıa escogida . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
3.3. OpenGL ES . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
3.3.1. OpenGL ES 1.1. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
3.3.2. OpenGL ES 2.0. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
3.3.3. OpenGL ES 1.1 vs 2.0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
3.4. An´alisis de Servicios Web . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
3.4.1. Arquitecturas m´as comunes para Servicios Web . . . . . . 24
3.4.2. Compatibilidad con Android . . . . . . . . . . . . . . . . 24
3.4.3. Valoraci´on . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
3.5. An´alisis de Proyectos de Localizaci´on . . . . . . . . . . . . . . . . 26
3.5.1. PlaceLab . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
3.5.2. Ekahau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
2
3.5.3. Proyecto Indoor Navigation System for Handheld Devices 30
3.5.4. Conclusiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
3.6. T´ecnicas de Localizaci´on en Interiores . . . . . . . . . . . . . . . 32
3.6.1. Localizaci´on mediante etiquetas RFID . . . . . . . . . . . 33
3.6.2. Localizaci´on mediante marcas visibles . . . . . . . . . . . 33
3.6.3. Localizaci´onmedianteelC´alculodelPuntoCentralapar-
tir de nodos predefinidos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
3.6.4. Localizaci´on mediante Triangulaci´on de la Sen˜al . . . . . 35
3.6.5. Localizaci´on mediante Sistemas Inerciales . . . . . . . . . 36
3.6.6. Localizaci´on mediante Detecci´on de Movimiento . . . . . 37
3.6.7. Localizaci´on mediante Mapas de Radio WiFi . . . . . . . 38
3.6.8. Localizaci´onmedianteMapasdeRadioobtenidosAutom´ati-
camente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
3.7. Conclusiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
4. Arquitectura Global 41
4.1. M´odulo de Localizaci´on . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
4.2. M´odulo de Datos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
4.3. M´odulo de Realidad Aumentada . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
4.4. Uniendo los m´odulos para la creaci´on de aplicaciones . . . . . . . 43
5. M´odulo de localizaci´on 45
5.1. Orientaci´on del m´ovil en Android . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
5.1.1. Pitch, azimuth y roll . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
5.1.2. Obteniendo la orientaci´on: DeviceOrientation . . . . . . . 46
5.2. Subsistema de Navegaci´on Inercial . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
5.2.1. Disen˜o . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
5.2.2. Arquitectura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
5.2.3. Implementaci´on . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
5.3. Subsistema de Localizaci´on por WiFi . . . . . . . . . . . . . . . . 51
5.3.1. Requisitos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
5.3.2. Disen˜o . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
5.3.3. Arquitectura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
5.3.4. Implementaci´on . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
5.3.5. Pruebas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
5.4. Integraci´on de los subsistemas de Localizaci´on . . . . . . . . . . . 63
6. M´odulo de datos 65
6.1. EntityData como unidad b´asica de datos . . . . . . . . . . . . . . 65
6.2. Conectandolosdatosconelm´oduloderealidadaumentada:Mun-
do y Entidades del mundo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
6.2.1. World . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
6.2.2. WorldEntity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
6.2.3. Actualizando el mundo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
6.3. Obteniendo y almacenando datos: DataHandler . . . . . . . . . . 69
6.3.1. Obtenci´on de datos sin persistencia . . . . . . . . . . . . . 70
6.3.2. Obtenci´on de datos con persistencia local . . . . . . . . . 71
6.3.3. Obtenci´on de datos con persistencia remota . . . . . . . . 74
6.4. Otras fuentes de datos: Archivos binarios . . . . . . . . . . . . . 84
6.4.1. Administrador de archivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
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