realidad virtual
TRANSCRIPT
INTRODUCCION
La tecnología ha progresado más rápido que nuestra habilidad para siquiera
imaginar que vamos a hacer con ella. Hoy, un proceso digno de la mejor literatura de
ciencia ficción, ha trastocado nuestra percepción y está revolucionando el mundo, no solo
de la informática sino también de diversidad de áreas como la medicina, la arquitectura, la
educación y la ingeniería entre otros.
El único valor de un mundo virtual es que nos permite hacer cosas especiales. Se
nos presenta un medio esencialmente activo.
La realidad virtual entra en un exclusivo rango de herramientas para hacer, en el
cual el usuario puede incursionar creativamente, hasta donde el límite de su imaginación
se lo permita. Allí radica, muy posiblemente el mayor atractivo, por cuanto la imaginación
y la creatividad tienen la oportunidad de ejecutarse en un "mundo" artificial e ilimitado
El presente trabajo recopila informaciones importantes que nos ayudaran a
conocer un poco mas sobre el mundo de la Realidad Virtual, donde nos brinda aspectos
como su evolución, origen, quienes fueron sus fundadores, definición, sus características,
por que es importante hoy en día, sus beneficios, y sobre todo aquellos accesorios
utilizados en la actualidad para sumergirnos de una forma mas rápida en ese mundo.
QUE ES LA REALIDAD VIRTUAL
Es una ciencia basada en el empleo de ordenadores y otros dispositivos, cuyo fin
es producir una apariencia de realidad que permita al usuario tener la sensación de estar
presente en ella. Se consigue mediante la generación por ordenador de un conjunto de
imágenes que son contempladas por el usuario a través de un casco provisto de un visor
especial. Algunos equipos se completan con trajes y guantes equipados con sensores
diseñados para simular la percepción de diferentes estímulos, que intensifican la
sensación de realidad. Su aplicación, aunque centrada inicialmente en el terreno de los
videojuegos, se ha extendido a otros muchos campos, como la medicina o las
simulaciones de vuelo.
CARACTERÍSTICAS DE LA REALIDAD VIRTUAL
Responde a la metáfora de “mundo” que contiene “objetos” y opera en base a
reglas de juego que varían en flexibilidad dependiendo de su compromiso con la
Inteligencia Artificial.
Se expresa en lenguaje gráfico tridimensional.
Su comportamiento es dinámico y opera en tiempo real.
Su operación está basada en la incorporación del usuario en el “interior” del medio
computarizado.
Requiere que, en principio haya una “suspensión de la incredulidad” como recurso
para lograr la integración del usuario al mundo virtual al que ingresa.
Posee la capacidad de reaccionar ante el usuario, ofreciéndole, en su modalidad
más avanzada, una experiencia inmersiva, interactiva y multisensorial.
OBJETIVOS
Crear un mundo posible, crearlo con objetos, definir las relaciones entre ellos y la
naturaleza de las interacciones entre los mismos.
Poder presenciar un objeto o estar dentro de él, es decir penetrar en ese mundo que
solo existirá en la memoria del observador un corto plazo (mientras lo observe) y en la
memoria de la computadora.
Que varias personas interactúen en entornos que no existen en la realidad sino que
han sido creados para distintos fines. Hoy en día existen muchas aplicaciones de
entornos de realidad virtual con éxito en muchos de los casos. En estos entornos el
individuo solo debe preocuparse por actuar, ya que el espacio que antes se debía
imaginar, es facilitado por medios tecnológicos.
La meta básica de la RV es producir un ambiente que sea indiferenciado a la
realidad física (Lee, 1992). Un simulador comercial de vuelo es un ejemplo, donde se
encuentran grupos de personas en un avión y el piloto entra al simulador de la cabina, y
se enfrenta a una proyección computadorizada que muestra escenarios virtuales en pleno
vuelo, aterrizando, etc. Para la persona en la cabina, la ilusión es muy completa, y
totalmente real, y piensan que realmente están volando un avión. En este sentido, es
posible trabajar con procedimientos de emergencia, y con situaciones extraordinarias, sin
poner en peligro al piloto y a la nave.
La R.V. toma el mundo físico y lo sustituye por entrada y salida de información, tal
como la visión, sonido, tacto, etc. Computadorizada
COMPONENTES DE UN SISTEMA DE REALIDAD VIRTUAL
Simulación: Capacidad de replicar aspectos suficientes de un objeto o ambiente
de forma que pueda convencer al usuario de su casi realidad.
Interacción: Debe permitir el control del sistema creado.
Percepción: Permite la interacción con los sentidos del usuario (vista, oído y
tácto). Según la complejidad del sistema los elementos externos utilizados para producir
estas sensanciones serán más o menos simples pudiendo ser un simple ratón de
ordenador o unos cascos, mas sensores de posición en una cabina virtual.
ORIGENES DE LA REALIDAD VIRTUAL
Los origenes de realidad virtual no estan claros y dependiendo de la persona que los
comente estos seran mas o menos remotos. A continuacion listo algunos acontecimientos
que son o pueden ser considerados precursores, o los primeros inicios de la realidad
virtual:
- 1838 - Charles Wheatstone, un inventor britanico crea el primer estereoscopio, que
consistia en una especie de gafas en las que se situaban 2 fotografias distintas en cada
ojo, creando de este mundo una imagen 3d en el interior del cerebro, o mas bien la
sensacion de profundidad.
- 1929 - Se crea el primer Link Trainer (tambien conocido como Blue Box), que era un
simulador de vuelo mecanico. Mas de 500.000 norteamericanos fueron entrenados en
simuladores basados en este modelo.
- 193X - Se crean en Estados Unidos simuladores mecanicos para estudiar las crecidas
de rios y presas.
- 1945 - Con el ENIAC (primer ordenador electronico) se realiza las primeras simulaciones
de trayectoria de proyectiles. Mas tarde tambien fue utilizado en el proyecto Manhattan
para la simulacion de explosiones.
- 1958 - La empresa Philco Corporation crea un casco de realidad virtual que utiliza los
movimientos de la cabeza del usuario para realizar los desplazamientos.
- 1965 - Ivan Sutherland describe el concepto de realidad virtual en un articulo titulado -
The Ultimate Display- pero en el articulo no llega a utilizarse el termino.
- 1966 - Ivan Sutherland junto con otras personas crean un casco HMD. Los
desplazamientos eran realizados con los movimientos de la cabeza.
- 1967 - Ivan Sutherland y David Evans fundan la empresa -Evans & Sutherland- y
desarrollan el primer programa diseñado para crear mundo virtuales con imagenes 3d,
datos almacenados y aceleradores.
- 196X - El Sensorama Simulator (un sistema de proyeccion) es inventado por Morton
Heilig.
- 1968 - La empresa Evans & Sutherland crea el primer casco estereoscopico.
- 1971 - Frederick Brooks crea Grope II un sistema que permite visualizar moleculas
complejas.
- 197X - Data Glove crea un guante de datos que permite desplazarse por mundos
virtuales.
- 1979 - Se crea el primer simulador de vuelo basado unicamente en sistemas
informaticos.
- 1984 - William Gibson publica su novela -Neuromancer- donde se utiliza por primera vez
el termino -Ciberespacio- para hacer referencia a un mundo virtual.
- 1992 - Se estrena la pelicula -El Cortador de Cesped- (The Lawnmower Man) ayudando
aun mas a popularizar a la realidad virtual. La pelicula dirigida por Brett Leonard tuvo un
costo total de 10 millones de dolares y recaudo mas de 150 millones.
- 1994 - Primera version del VRML (Virtual Reality Modeling Language) para represencion
de escenas y objetos 3D en la web.
CLASIFICACIÓN DE LA REALIDAD VIRTUAL
SISTEMAS VENTANAS (Window on World Systems)
Se han definido como sistemas de Realidad Virtual sin Inmersión.
Algunos sistemas utilizan un monitor convencional para mostrar el mundo virtual.
Estos sistemas son conocidos como WOW (Window on a World) y también como
Realidad Virtual de escritorio.
Estos sistemas tratan de hacer que la imagen que aparece en la pantalla luzca real
y que los objetos, en ella representada actúen con realismo.
SISTEMAS DE MAPEO POR VIDEO.
Este enfoque se basa en la filmación, mediante cámaras de vídeo, de una o más
personas y la incorporación de dichas imágenes a la pantalla del computador, donde
podrán interactuar - en tiempo real – con otros usuarios o con imágenes gráficas
generadas por el computador.
De esta forma, las acciones que el usuario realiza en el exterior de la pantalla
(ejercicios, bailes, etc.) se reproducen en la pantalla del computador permitiéndole desde
fuera interactuar con lo de dentro. El usuario puede, a través de este enfoque, simular su
participación en aventuras, deportes y otras formas de interacción física.
El sistema comercial Mandala, de origen canadiense, se apoya en este tipo de
enfoque.
Otra interesante posibilidad del mapeo mediante vídeo consiste en el encuentro
interactivo de dos o más usuarios a distancia, pudiendo estar separados por centenares
de kilómetros.
Este tipo de sistemas puede ser considerado como una forma particular de
sistema inmersivo.
SISTEMAS INMERSIVOS.
Los más perfeccionados sistemas de Realidad Virtual permiten que el usuario
pueda sentirse “sumergido” en el interior del mundo virtual.
El fenómeno de inmersión puede experimentarse mediante 4 modalidades
diferentes, dependiendo de la estrategia adoptada para generar esta ilusión. Ellas son:
El operador aislado
La cabina personal
La cabina colectiva (pods, group cab)
La caverna o cueva (cave)
Estos sistemas inmersivos se encuentran generalmente equipados con un casco-
visor HMD. Este dispositivo está dotado de un casco o máscara que contiene recursos
visuales, en forma de dos pantallas miniaturas coordinadas para producir visión
estereoscópica y recursos acústicos de efectos tridimensionales.
Una variante de este enfoque lo constituye el hecho de que no exista casco como
tal, sino un visor incorporado en una armadura que libera al usuario del casco,
suministrándole una barra (como la de los periscópios submarinos) que permite subir,
bajar o controlar la orientación de la imagen obtenida mediante el visor.
Otra forma interesante de sistemas inmersivos se basa en el uso de múltiples
pantallas de proyección de gran tamaño dispuestas ortogonalmente entre sí para crear un
ambiente tridimensional o caverna (cave) en la cual se ubica a un grupo de usuarios. De
estos usuarios, hay uno que asume la tarea de navegación, mientras los demás pueden
dedicarse a visualizar los ambientes de Realidad Virtual dinamizados en tiempo real.
SISTEMAS DE TELEPRESENCIA (Telepresence).
Esta tecnología vincula sensores remotos en el mundo real con los sentidos de un
operador humano. Los sensores utilizados pueden hallarse instalados en un robot o en los
extremos de herramientas tipo Waldo. De esta forma el usuario puede operar el equipo
como si fuera parte de él.
Esta tecnología posee un futuro extremadamente prometedor. La NASA se
propone utilizarla como recurso para la exploración planetaria a distancia.
La telepresencia contempla, obligatoriamente, un grado de inmersión que
involucra el uso de control remoto, pero tiene características propias lo suficientemente
discernibles como para asignarle una clasificación particular.
SISTEMAS DE REALIDAD MIXTA O AUMENTADA.
Al fusionar los sistemas de telepresencia y realidad virtual obtenemos los
denominados sistemas de Realidad Mixta. Aquí las entradas generadas por el
computador se mezclan con entradas de telepresencia y/o la visión de los usuarios del
mundo real.
Este tipo de sistema se orienta a la estrategia de realzar las percepciones del
operador o usuario con respecto al mundo real. Para lograr esto utiliza un tipo esencial de
HMD de visión transparente (see trouhg), que se apoya en el uso de una combinadora
que es una pantalla especial, la cual es transparente a la luz que ingresa proveniente del
mundo real, pero que a la vez refleja la luz apuntada a ella mediante los dispositivos
ópticos ubicados en el interior del HMD.
En este sentido se percibe un prometedor mercado para los sistemas de Realidad
Mixta en industrias y fábricas donde el trabajador debe llevar a cabo operaciones
complejas de construcción o mantenimiento de equipos e instrumentos.
SISTEMAS DE REALIDAD VIRTUAL EN PECERA.
Este sistema combina un monitor de despliegue estereoscópico utilizando lentes
LCD con obturador acoplados a un rastreador de cabeza mecánico. El sistema resultante
es superior a la simple combinación del sistema estéreo WOW debido a los efectos de
movimientos introducidos por el rastreador.
COMPONENTES DE LA REALIDAD VIRTUAL
HARDWARE
Dispositivos de entrada
• Elementos de control: Guantes y trajes de datos, Joysticks 3D, Mouse 3D o Murciélagos,
Track Balls etc...
• Rastreadores de Posición y movimiento
Dispositivos de Salida
• Generadores de Imágenes: Cascos visores, sistemas binoculares, lentes
estereoscópicos
• Generadores de sonidos: Cascos auditivos para incrementar la sensación espacial.
Sonido tridimensional.
• Elementos para la manipulación táctil: También incluyen las sensaciones de fuerzas de
realimentación. En muchos casos estas características se ofrecen conjuntamente con
elementos de control, tipo ratones Joysticks etc.
Instalaciones
• Dispositivos de Entrada: INPUT. El usuario puede trasmitir sus órdenes al sistema de
realidad virtual, indicándole que desea desplazarse o cambiar el punto de vista o
interactuar con algún objeto. INTERACCIÓN.
• Los dispositivos de salida permiten que el usuario se sienta inmerso en el mundo virtual
creado. INMERSIÓN / IMAGINACIÓN.
Dependiendo de la complejidad del sistema de realidad virtual estos dispositivos
serán más, y más complejos. En las siguientes trasparencias se describirán algunos de
los dispositivos más típicos de entrada y salida. Existen además multitud de elementos
diseñados para aplicaciones específicas.
Por otra parte existen instalaciones específicas para la realización de entornos
virtuales como cabinas,’ cuevas’ etc, que también describiremos más detalladamente.
Elementos de control y manipulación I
Los elementos de control más sencillos son los ratones y Joysticks sin
embargo estos dispositivos han sido fundamentalmente desarrollados para
movimientos bidimensionales y plantean problemas para el desplazamiento
tridimensional. Diseños más sofisticados como volantes, Joysticks 3D y trackballs
permiten el desplazamiento tridimensional de manera más eficiente.
Elementos de control y manipulación II
La mayoría de los últimos sistemas de este tipo de dispositivos
proporcionan además salida táctil, presión y fuerza. Uno de los sistemas que
proporcionan esta salida se denomina TouchSense™ desarrollado por
www.immersion.com.
Elementos de control y manipulación III
Existen dos tecnologías fundamentales dentro de los guantes de realidad virtual,
los exoesqueletos y los guantes de datos.
• Los exo-esqueletos tienen una estructura mecánica paralela y sobrepuesta a la mano
con rotores y sensores en cada articulación. Poseen una alta precisión por lo que se
utilizan en aplicaciones delicadas.
•El otro sistema son los guantes de datos compuestos de lycra con cables de fibra de
vidrio por cada dedo. Cada fibra posee un emisor de luz al inicio y un sensor al final, de
modo que se pueden determinar los giros por la intensidad de luz recibida. Posee
bastante flexibilidad y portabilidad, pero la identificación de la posición deber realizarse
con un rastreador adicional.
Rastreadores de Posición y movimiento I
Para lograr una sensación integral de inmersión en el mundo virtual es
importante tener una relación directa entre el movimiento del cuerpo y la acción en
el ambiente computacional, lo que se denomina paralelismo cinético (Motion
Paralax). Es especialmente importante para controlar la visión del entorno digital,
al desplazar la cabeza o para la localización de las distintas partes del cuerpo.
Para poder controlar el movimiento es necesario colocar rastreadores (trackers) en
las distintas partes del cuerpo. Estos rastreadores pueden ser mecánicos,
ultrasónicos, ópticos o magnéticos y permiten conocer la posición tridimensional y
la orientación (seis grados de libertad) definiendo exactamente la posición en el
espacio.
Los más sencillos y utilizados son los denominados giroscopios. Se instalan
en la parte posterior de los cascos y permiten reconocer giros de la cabeza para
adecuar la imagen visualizada o bien en el casco en una pantalla.
Rastreadores de Posición y movimiento II
Los rastreadores de Posición Absoluta tridimensional necesitan una referencia fija
y tienen un alcance definido dependiendo de la tecnología empleada por los sensores de
posición. Son especialmente utilizados en el mundo de la animación tridimensional para
definir movimientos naturales. Uno de los mayores problemas que presentan en las
aplicaciones de Realidad virtual es el tiempo de demora (lag, latency) entre el movimiento
y la consecución de dicho movimiento en un ambiente virtual.
Rastreadores de Posición y movimiento III
Rastreadores de Posición y movimiento IV
Rastreadores de Posición y movimiento V
Generadores de Imagen I
La visión en profundidad se va a lograr mediante técnicas de estereoscopía,
de tal manera que la visión de cada uno de los ojos esta ligeramente desplazada
para conseguir la impresión de profundidad. Los distintos elementos de
visualización utilizados en realidad virtual se aprovechan de esta circunstancia.
Fundamentalmente podemos distinguir 3 tipos de elementos generadores de
imagen: las lentes de obturación, los cascos de visualización (HMD) y los BOOM.
Instalaciones I
Los sistemas de sobremesa involucran un ordenador, un monitor y un ratón
además pueden incorporar algunos sistemas de tracking o de gafas obturadoras. Otras
instalaciones ligeramente más sofisticadas consisten en el uso de cabinas con varios
displays alrededor del usuario. Muchos de estos sistemas se utilizan en la industria de los
videojuegos que además incluyen elementos mecánicos o neumáticos que generan un
efecto dinámico realista y dispositivos de control más sofisticados (volantes, pedales).
Instalaciones II
Para producir la sensación de inmersión en sistemas para grupos se utilizan
instalaciones proyectivas, mediante utilización de proyectores simples de ordenador +
rastreadores de posición generan un ambiente virtual sobre una o varias pantallas.
Generalmente se complementan con gafas estereoscópicas. En el caso de incluir en el
sistema varias pantallas con superposición horizontal hablamos de teatros virtuales
proporcionando una gran amplitud del campo de visión.
La instalación más sofisticada hasta el momento es la denominada cueva o CAVE
(Computer augmented reality environment). Consiste en un cubo sobre el que se proyecta
(mediante al menos 3 proyectores) un espacio virtual generando una sensación de total
inmersión para una o varias personas. En el instituto de computación Gráfica de
Darmstadt, existe uno de los sistemas más sofisticado con 5 proyecciones (3 muros,
techo y suelo). Estas instalaciones se complementan con rastreadores de posición
absolutos y gafas estereoscópicas.
Otro proyecto en desarrollo de un espacio virtual proyectivo (VR Systems UK
Ltd.) es el denominado Cybersphere que pretende desarrollar un ambiente virtual en una
esfera añadiendo la funcionalidad de permitir movimiento libre. Cuando el usuario camina
la esfera rota sobre su soporte y otra esfera más pequeña induciendo la adaptación de las
vistas virtuales.
CREANDO UN MUNDO VIRTUAL
Elementos de los gráficos tridimensionales
Modelado geométrico del objeto 3D: El objeto tridimensional se situará en un
espacio de referencia tridimensional. Para modelar cada objeto es necesario usar distintas
formas geométricas que se unen entre ellas. Es necesario definir exactamente el
comportamiento de cada parte móvil con respecto a las demás. El movimiento va a venir
definido por trasformaciones geométricas (traslación, rotación y otras deformaciones). En
muchos casos es necesario recurrir a movimientos puntuales de cada punto para refinar
los movimientos.
La Luz y la textura aportan la apariencia realista y la sensación de volumen al
objeto. Las texturas consisten en general en fotografías de superficies. Se aplican por
proyección sobre nuestro objeto, operación que se denomina mapeo. Además se les
puede dotar de características de rugosidad. La luz es muy importante para tener una
percepción adecuada del volumen el objeto, en una escena se añaden distintas fuentes
de iluminación creando un ambiente de iluminación más realista. Algoritmos específicos
calculan la intensidad que le corresponde a cada punto dependiendo de la luz reflejada
por el objeto.
Movimiento
El movimiento capturado puede aplicarse a un objeto virtual para que la dinámica
del objeto virtual sea más realista. Estos movimientos pueden abstraerse hasta modelar el
movimiento del esqueleto de nuestro objeto. En algunos casos también se modelan los
músculos para aportar de una apariencia más realista cuando se producen los
movimientos. Y por último es esencialmente importante modelar el comportamiento de los
pliegues y colisiones entre las distintas estructuras de nuestro objeto; en muchos casos es
necesario modelar bien las deformaciones de la piel.
Creando Vida Artificial
La Vida Artificial trata de incorporar reglas de comportamiento, aprendizaje y
evolución a modelos virtuales y robóticos. De esta manera los personajes pueden ser
autónomos y evolucionar en su comportamiento, reproducirse y heredar y mejorar las
características de su especie. El trabajo de Karl Sims es uno de los más conocidos en
este ámbito con su “Evolved virtual creatures”.
Software para realidad virtual
Características
– Capacidad para importar de modelos 3D y librerías de objetos 3D.
– Permitir operaciones geométricas.
– Poder distinguir en el nivel de detalle de los objetos más cercanos frente a los más
lejanos.
– Animación sincronizada con la navegación por el ambiente virtual.
– Sistema articulado = objetos organizados por jerarquías.
– Detección de colisiones entre objetos.
– Propiedades físicas de los objetos.
– Color, texturización y fuentes de luz.
– Programación de pequeños programas o macros.
– Manipulación de eventos desde y hacia los elementos externos.
– Permitir la subdivisión del ambiente virtual en submundos.
– Conectividad en red para poder ser utilizado por varios usuarios.
Aplicaciones
Medicina: Simuladores para formación, tratamientos psicológicos de fobias, cirugía.
Educación: Herramientas educativas y Teleducación.
Marketing y Comercio electrónico: Marketing, “Virtual Try On” = Probador Virtual.
Defensa: Simuladores de Vuelo, Entrenamiento militar.
Arquitectura: Visitas virtuales, Monumentos históricos.
Industria: Diseño de plantas industriales, Asistencia técnica mediante realidad aumentad.
Ocio y Entretenimiento: Juegos electrónicos, Instalaciones virtuales.
CONCLUSION
El desarrollo de computadoras más veloces, el crecimiento de las memorias RAM
y la miniaturización siempre creciente de los componentes junto a los avances en el
diseño de sofisticados programas de gráfica han hecho aparecer en las pantallas
"mundos" completamente artificiales.
Vivimos en una época de Realidad Virtual. Creemos que todo es real a nuestro
alrededor, sin embargo en gran parte es gran medida ficción. Por tanto, ficción, mulación,
que asimilamos a través de los canales que tenemos a disposición: desde la TV hasta las
revistas.
El no disponer de equipos, inicialmente, no es excusa para no participar del mundo
de la Realidad Virtual, ya que existen equipos que nos permiten vivir la experiencia con
costos asociados no tan elevados. Ahora bien para lograr una Realidad Virtual Integral y
tener contacto con los logros actuales, se requiere de una gran inversión en equipos y
Software; esto sin tomar en cuenta que muchos de los avances al respecto no están
siendo comercializados y se restringe su uso a las compañías que los desarrollan o los
clientes específicos que ordenan su elaboración.
Debemos reflexionar sobre la dirección que debería tomar el desarrollo de
aplicaciones de Realidad Virtual ya que, así como puede ser utilizada para loables
acciones de educación, ciencia, medicina, etc. También puede ser utilizada para
especialización en el campo de bombas nucleares, sexo virtual, planificación de
devastación y otros que, definitivamente, no creemos hayan sido la intención de los
colaboradores y desarrolladores iniciales de la Realidad Virtual.