- ¿Qué es Realidad
Virtual? - Métodos
Inmersivos - Despliegue
visual - Localización y
seguimiento - Otros dispositivos de
interacción - Cómputo de Alto
Rendimiento - Elementos de un Sistema de
Realidad Virtual - Sistema de
visualización - Programación
3D - Graficadores
En las últimas décadas el desarrollo
tecnológico ha llevado a la creación de la Realidad
Virtual, generando una serie de prototipos y simulaciones muy
sofisticadas que son utilizadas en las diferentes áreas
del conocimiento
como herramienta para la solución de múltiples
tareas.
En 1952 aparecen las primeras manifestaciones de simulación
como es el simulador de vuelo mecánico. Algunos expertos
consideran que ese año es la fecha de nacimiento de la
realidad virtual.
Aunque la idea generalizada de la realidad virtual
comenzó a gestarse en estamentos militares (Fuerza
Aérea, Marina), con la colaboración de la NASA; en
realidad los primeros conocimientos de esta tecnología
surgieron
simultáneamente en varios frentes, siendo los laboratorios
de las universidades los lugares de trabajo
más activos. En 1966
Iván Sutherland construyó el primer dispositivo
estereoscópico controlado por computadora y
tres años más tarde, el Departamento de Defensa de
los Estados Unidos
financió el primer casco de visualización.
En esta misma década, algunos artistas ofrecían
espectáculos que incluían imágenes,
sonidos, vibraciones y hasta olores, que junto con cámaras
que capturaban sus movimientos sumergían al espectador en
un mundo irreal reproducido en una pantalla de gran
tamaño, donde el visitante no vestía ningún
equipamiento especial y se limitaba a ser sólo
observador.
A comienzos de los años setenta se empezaron a investigar
nuevos métodos
para mejorar la
comunicación entre el hombre y la
máquina, y de este modo, poder extraer
el máximo rendimiento.
A finales de ésta década comenzó
una etapa de intenso trabajo en torno a la
realidad virtual, cuando la Fuerza Aérea de los EE.UU.
tuvo la idea de sumergir a los pilotos en simuladores de entrenamiento en
la base Wright
Patterson en Dayton Ohio. Los pilotos vivían la
experiencia simulada de encontrarse dentro de una aeronave y eran
capaces de probar situaciones de vuelo especificas en cualquier
punto en el tiempo.
Este y otros proyectos
similares demostraron que la simulación por computadora y
la visualización asociada podían emplearse para
crear valiosos escenarios útiles para el
entrenamiento.
Las primeras aplicaciones de Realidad Virtual ayudaron a
desarrollar simuladores de flujo de combustible para el
trasbordador espacial, los cuales permitieron a los
técnicos monitorear el empleo y
almacenamiento de
combustible.
Conocido como el proyecto de
estación de trabajo de ambiente
virtual, este esfuerzo trató de combinar los
flujos de información provenientes de diferentes
fuentes como
el monitoreo de procesos, el
video en vivo
y la entrada de estaciones de trabajo.
Con el continuo flujo de fondos para los proyectos de realidad
virtual. se desarrollaron nuevos usos para las ventanas
interactivos presentadas dentro de un casco y activadas por medio
de un guante.
Esta sinergia crea
un estado de
inmersión, el cual le permite a los usuarios contar con
toda la información relativa en una operación
específica y en un formato unificado.
En 1979, se dio a conocer el primer simulador de vuelo totalmente
basado en computadora; Juan Sutherland, construyó el
primer sistema de
realidad virtual con gráficos vectoriales y rastreo
mecánico de cabezas.
Quince años más tarde, en le universidad de
Carolina del Norte, Fred Srools y Henry Fuchs experimentaron con
la visualización en implementaciones médicas y
científicas, también en aplicaciones
arquitectónicas en las cuales el usuario podía
caminar a través de un modelo
CAD.
En 1985, se produjeron los primeros goggles
estereoscópicos prácticos con sonido
estéreo, siendo la Universidad de Carolina del Norte quien
fuera más allá de lo establecido hasta entonces en
el modelado tridimensional por computadora, permitiendo la
creación de paseos más realistas.
En 1989, las herramientas y
los mundos de realidad virtual se volvieron más compactos
y eficientes, podían instalarse en computadoras
personales, la primera compañía en hacer una
demostración de una solución en realidad virtual
basada en PC fue Autodesk.
Tres años más tarde, se realiza la primera
exposición de arte de realidad
virtual en una galería de Nueva York. Ese mismo año
el museo de computadoras de Boston demostró una
aplicación de RV basada en tecnología de Intel,
como parte de sus exhibiciones, dicha aplicación le
permite a los usuarios entrar en un mundo virtual y construir una
casa empleando objetos simples que se encuentran en un ambiente
simulado.
Poco a poco fueron apareciendo aplicaciones para esta
nueva tecnología: simuladores de vuelo comerciales,
manipulación de robots en el espacio controlados desde a
tierra,
entrenamiento de astronautas, recorridos virtuales por los
planetas del
sistema solar,
etc.
4.1.1. ¿Qué Es
Realidad Virtual?
"La realidad virtual es un medio
compuesto por simulaciones de computadora interactivas que
reaccionan a la posición y acciones del
usuario y producen retroalimentación en uno o más
sentidos, generando la sensación de estar inmerso o
presente en una simulación".
Un ambiente virtual es una simulación por
computadora que proporciona información a uno o varios de
nuestros sentidos: visión, sonido, tacto y gusto, con el
propósito de que el usuario se sienta inmerso en un mundo
que reacciona ante sus acciones.
A diferencia de una película tridimensional,
donde la información se integra en una secuencia de
imágenes definidas de antemano y en la que el participante
no puede intervenir; o de una aplicación multimedia, donde
la interacción está limitada a
seleccionar la secuencia en que se despliegan los objetos
bidimensionales, un ambiente virtual es naturalmente
tridimensional, dinámico y cambiante según los
movimientos o peticiones del usuario,
quien puede explorar y experimentar de acuerdo con las
situaciones generadas como combinación de su
interacción con el mundo virtual y la
retroalimentación que éste, a su vez, le
proporciona al participante.
La realidad virtual puede ser de dos tipos: inmersiva y no
inmersiva.
La realidad virtual no inmersiva o también llamada
realidad virtual de mesa es aquélla que se crea cuando el
participante explora diversos ambientes haciendo uso de los
dispositivos de hardware comunes: mouse,
monitor,
tarjeta de sonido y bocinas.
Ejemplo de ésta son las aplicaciones que utilizan
Internet y
lenguajes como el VRML con objeto
de interaccionar en tiempo real con diferentes personas en
espacios y ambientes tridimensionales, sin la necesidad de
dispositivos adicionales en la
computadora.
Este tipo de aplicaciones son llamativas para los usuarios, pues
no requieren de hardware especializado y, por lo tanto, son de
fácil acceso; no obstante, tienen como inconveniente que
los sentidos
de los participantes se distraen por eventos ajenos a
la simulación, como por ejemplo, salir del campo de
visión de la simulación al mover la
cabeza, o utilizar el mouse que no es un dispositivo de
interacción natural, con lo que se percibe de manera
inconsciente que el ambiente virtual no constituye una
realidad.
4.1.1.1. Métodos
Inmersivos
Estos métodos buscan crear la
sensación de encontrarse dentro de un ambiente
específico; para lograrlo se generan simulaciones con la
mayor calidad posible
de despliegue, junto con formas naturales de interacción
donde se utilizan sistemas
sofisticados de alta calidad de despliegue con efecto de
profundidad como cascos o proyectores de alta resolución,
equipo de cómputo capaz de controlar la simulación,
el despliegue, los dispositivos y la interacción a una
velocidad
adecuada con objeto de que el usuario tenga una respuesta
rápida.
Los dispositivos de interacción regularmente se basan en
sistemas de captura de los movimientos del usuario, de tal manera
que se realizan de forma natural, sin tener que concentrarse en
cambiar protocolos de
interacción, como sucede al emplear el mouse o teclado.
Por la potencialidad que estos sistemas ofrecen, el
área donde se pueden utilizar es muy extensa.
4.1.1.2. Despliegue
Visual
Las pistas visuales, quizás, son la parte
más importante de retroalimentación en los sistemas
de realidad virtual inmersiva; para obtener un sentido de
realidad, regularmente, se producen vistas tridimensionales con
visión estereoscópica.
Uno de los dispositivos de uso común para generar
estereoscopía son los llamados cascos o despliegues
binoculares montados en la cabeza (HMD), que incorporan
pequeños monitores que
se colocan uno frente a
cada ojo.
Cada monitor visualiza la perspectiva que el ojo
correspondiente vería en un ambiente real.
Otras alternativas para lograr la sensación de
inmersión son los sistemas de proyección en
múltiples pantallas, como el sistema CAVE, desarrollado
por la Universidad de Illinois en 1992, que muestra una serie
de proyecciones generadas por computadora que envuelven al
usuario en un espacio en forma de cuarto.
El uso de lentes especiales permite ver al usuario en un
tiempo, sólo una de las vistas, de tal forma que se
engaña al cerebro al
generar el efecto de profundidad de la escena.
4.1.1.3.
Localización Y Seguimiento
Existen sistemas de
localización y seguimiento para medir posiciones y
orientaciones, de esta forma, la computadora determina el modo de
visualizar el entorno virtual de manera que el participante
perciba
que se encuentra dentro de él.
En un mundo virtual en el que observamos un objeto y nos
asomamos por debajo de éste, el localizador
debe percibir cualquier cambio de
posición para ajustar la visualización y poder
apreciar la parte de abajo del objeto, como sucede en el mundo
real.
También es importante la velocidad con la que el sistema
muestrea la posición del usuario, así como el
tiempo que le toma a la computadora regenerar la nueva imagen; pues
cuando este proceso es
lento, la vista envía al cerebro informaciones
contradictorias acerca de la dirección donde apunta la cabeza,
provocando mareo en el espectador.
4.1.1.4. Otros Dispositivos De
Interacción
Para comunicar a las computadoras que
simulan el mundo virtual, se utilizan diversos dispositivos de
entrada, uno de los más utilizados es el mouse
tridimensional, extensión del mouse común, usado en
los equipos de cómputo personales con un conjunto de
botones que indican una cierta acción
pero que, además, añaden la posibilidad de mover
los objetos en los ejes de rotación cartesianos, con lo
que se extiende su funcionalidad a espacios 3D.
Los guantes sensitivos funcionan como un localizador que percibe
la posición y orientación de la mano; para ello,
cuentan con algunos sensores de
flexión que permiten medir la curvatura de los dedos.
Cuando se mueve el guante en el espacio, el cursor en 3D del
ambiente virtual reacciona y se dirige a la dirección
indicada por el guante; así, se pueden tomar, arrastrar y
soltar objetos virtuales, moverlos horizontal o verticalmente, en
profundidad y rotarlos alrededor de los tres ejes
coordenados.
4.1.1.5.
Retroalimentación
Reproducir una interfaz realista,
significa desarrollar retroalimentación táctil y de
fuerza que corresponda con los objetos del mundo real.
La retroalimentación de la fuerza tiene que ver
con la manera como los ambientes virtuales afectan al usuario,
por ejemplo, las paredes deberían de parar a alguien, en
vez de permitirle pasar por ella; mientras que una pelota
debería golpear al usuario si choca con ella.
La retroalimentación táctil es la manera
como un objeto virtual se siente. La temperatura,
la forma, la firmeza y la textura son algunas de las piezas de
información obtenidas mediante el tacto.
Hoy en día, no existe una sola interfaz que simule todas
estas interacciones juntas, pero, hay dispositivos que simulan
una u otra, como sucede con las cirugías que pueden seguir
la forma de los órganos con los que se esté
interaccionando, de tal manera que los estudiantes de medicina
pueden entrenarse mediante cirugías virtuales. Existen,
también, sistemas que por medio de vibración
permiten sentir la forma de un objeto virtual.
4.1.1.6. Cómputo De
Alto Rendimiento
Los elementos anteriores, deben ser
coordinados y/o generados por medio de un sistema de
cómputo suficientemente poderoso para sincronizar cada una
de las partes en tiempo real.
La finalidad es que el usuario perciba el ambiente
virtual de forma similar al de la vida real, en ese sentido, la
computadora o computadoras del sistema deberán ser capaces
de desplegar imágenes de los espacios
tridimensionales a una velocidad de por lo menos 30 cuadros por
segundo.
Por otro lado, para sincronizar los movimientos del
usuario con los dispositivos, éstos deben ser muestreados
con rapidez y exactitud, de tal manera que se produzca una
respuesta rápida y confiable, de acuerdo con la
interacción realizada.
Crear ambientes virtuales inmersivos con lleva el manejo de
elementos complejos, sobre todo por el hecho de que es un
área de continua investigación y desarrollo que busca
integrar nuevos elementos con el fin de crear ambientes virtuales
más reales y creíbles.
Podemos mencionar, por ejemplo, la integración de agentes inteligentes con los
que el usuario puede interaccionar; nuevas formas de
cómputo para el manejo de los sistemas, como arreglo de
PCs, y compartir ambientes virtuales desde sitios remotos en
espacios de colaboración.
Actualmente, se investigan nuevas interfaces de
interacción más naturales mediante cámaras
de video que captan los movimientos del usuario y en donde ya no
es necesario ponerse encima algún dispositivo.
4.1.2. Elementos De Un
Sistema De Realidad Virtual
• Simulación: La
simulación para modelar un sistema, tiene que ser
realistas. En la simulación del modelo ó del mundo
a experimentar, debe existir una serie de normas, las
cuales no tienen que ser necesariamente iguales a las de la vida
real.
• Interacción: La interacción es necesaria
para tener control de la
exploración del sistema; de no tenerla, el sistema no deja
de ser una simple película o visita guiada. Para la
interacción existen diversas interfaces. que van desde
teclados hasta guantes o trajes.
• Percepción: Es el factor más
importante, ya que la mayoría de los sistemas de Realidad
virtual se dirigen principalmente a los sentidos.
4.1.3. Sistema de
visualización
La mayoría de los sistemas de
visualización orientados a mostrar imágenes
tridimensionales se pueden incluir dentro de tres amplias
categorías:
• Holográficos: Es el método mas
conocido para mostrar imágenes verdaderas
tridimensionales. Es creado por la interferencia de dos rayos
láser
generados por la misma fuente utilizando película
fotográfica de muy alta resolución.
• Sistemas multiplanares: Estos dividen la imagen en cientos
de miles y dibujan puntos de imagen en cada uno de ellos y para
mostrar cada imagen utilizan espejos que los reflejan.
• Sistemas Pares Estéreos: Utilizan dos
imágenes bidirnensionales una para el ojo izquierdo y otra
para el ojo derecho, se basan en la binocular para producir
sensación de profundidad.
4.1.4. Programación 3D
En la actualidad se
trabaja una gran variedad de lenguajes de
programación y graficadores de 3D los cuales son
usados de acuerdo a las características de la
aplicación a desarrollar, entre estos tenemos:
• Superscape VRT. Esta compuesto por varios editores entre
destacan el editor de formas y el editor de mundos.
• Virtus Walklrough Pro. No solo posee herramientas para la
creación de objetos sino que incorpora un visualizado de
ficheros para que cualquier usuario pueda recorrer sus mundos
virtuales.
• Visual 5.
4.1.5.
Graficadores
• 3D Studio Max
• True Space 2
• Extreme 3D
Zamir Caro