2INTRODUCCION

El avance, en los ltimos tiempos, de la in-formtica ha propiciado la creacin ymasificacin de un nuevo trmino, RealidadVirtual. Iniciada en los programas de entre-namiento militares, simuladores de vuelo,centros de investigacin y acadmicos, ha pa-sado a los programas ms variados en el m-bito profesional y domstico. Hoy se empie-za a aplicar en ingeniera, medicina, arquitec-tura, educacin, juegos, entre otros campos.Cul ser el futuro de la Realidad Virtual, esan una interrogante con bastantes aristas,dado lo impredecible que es acotar una disci-plina incipiente, que depende de los avancesque se puedan obtener tanto en software comohardware, as como de nuevas aplicacionesan inexploradas.

La Realidad Virtual, evidentemente, seencuentra en su estado inicial. Las posibilida-des, en todos los campos, producen vrtigo.Tambin lo producen sus posibles consecuen-cias, segn los usos para los que pueda desti-narse. Por primera vez, vamos a tener la posi-bilidad de actuar simultneamente sobre los

Realidad Virtual, cada una de las palabras que componen este trminoresultan ser conflictivas a la hora de buscarles una definicin nica yexacta. No cabe duda que la realidad resulta ser altamente relativa paralas diferentes entidades que la viven, y que el trmino virtual (que tieneexistencia aparente y no real), puede abarcar demasiado.

sentidos, creando un mundo en el que, a dife-rencia del real, nadie nos exigir responsabi-lidades porque es asocial. El mundo virtual esinicialmente un mundo privado, una fantasaen la que sus participantes poseen una liber-tad absoluta, y cuyas acciones estn, por de-cirlo as, fuera del derecho.

El concepto agrupa dos ideas aparente-mente opuestas: realidad y virtualidad.Despus de muchos recorridos y discusio-nes semnticas, el trmino realidad pare-ce estabilizado en su sentido positivo, esreal aquello que tiene existencia verda-dera y efectiva, dice, de forma un tanto cir-cular, el Diccionario de la Real Academia deLengua Espaola. El trmino virtual, la se-gunda parte, viene definido como aquelloque tiene virtud para producir un efecto,aunque no lo produce de presente. Tam-bin se seala que se utiliza frecuentemen-te en oposicin a efectivo o real. Ntese elcarcter paradjico (oxmoron) que adquie-re el concepto realidad virtual, al quedarsu significado como realidad no real.

Ivn Santelices Malfanti

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31.1. REALIDAD VIRTUAL:QUE ES?

Definir Realidad Virtual (RV, o simplemen-te VR, del ingls Virtual Reality), es difcil. Exis-ten posiblemente tantas definiciones comoinvestigadores haya, pues su reciente y rpi-da evolucin no ha permitido establecer unadefinicin clara. De este modo, no resulta ex-trao que la Realidad Virtual resulte ser rela-tiva para diferentes personas y en diferentessituaciones. Ms que definirla veremos unconjunto de definiciones, donde cada una en-trega una idea de lo que se debera entenderpor Realidad Virtual:

Realidad Virtual es la experiencia detelepresencia, donde telepresencia es lasensacin de presencia utilizando un me-dio de comunicacin.

Realidad Virtual es una manera median-te la cual los humanos visualizan, mani-pulan e interactan con computadoras ydatos extremadamente complejos.

Realidad Virtual es un paso ms all delo que sera la simulacin por computado-res, tratndose ms bien de una simulacininteractiva, dinmica y en tiempo real deun sistema.

Realidad Virtual consiste en simulacionestridimensionales interactivas que reprodu-cen ambientes y situaciones reales.

Realidad Virtual es un entorno de tres di-mensiones sintetizado por computadora,en el que participantes acoplados de for-ma adecuada pueden manipular elemen-tos fsicos simulados en el entorno y, dealguna manera, relacionarse con las repre-sentaciones de otras personas pasadas,presentes o ficticias, o con criaturas inven-tadas.

Realidad Virtual es un ambiente altamen-te interactivo donde el usuario participa atravs del uso de un computador en unmundo virtualmente real. Es una simula-cin tridimensional por computadora du-

rante la cual el usuario resulta inmerso tancompletamente que esta realidad, de ori-gen artificial, aparenta ser real.

Realidad Virtual es simulacin por com-putadora, dinmica y tridimensional, conalto contenido grfico, acstico y tctil,orientada a la visualizacin de situacionesy variables complejas, durante la cual elusuario ingresa, a travs del uso desofisticados dispositivos de entrada, amundos que aparentan ser reales, resultan-do inmerso en ambientes altamenteparticipativos, de origen artificial. Unanueva y sorprendente forma de navegarinformacin.

Realidad Virtual es una simulacintridimensional interactiva por computadoren la que el usuario se siente introducidoen un ambiente artificial, y que lo percibecomo real basado en estmulos a los rga-nos sensoriales.

Realidad Virtual es el medio que propor-ciona una visualizacin participativa entres dimensiones y la simulacin de mun-dos virtuales, siendo dichos mundos el ele-mento fundamental de un sistema de rea-lidad virtual. La realidad virtual es un en-torno generado por computador en el quelos participantes pueden entrar fsicamen-te e interactuar con l, desplazndose porsu interior o modificndolo de cualquiermanera. En su forma ms simple, un mun-do virtual podra estar compuesto por unedificio tridimensional por el que podra-mos desplazarnos, aunque sin modificarnada. Sin embargo, con el equipamientoadecuado, los usuarios podran ver, des-plazarse e interactuar a travs de estosentornos grficos generados por compu-tador.

Realidad Virtual o mundo virtual es unabase de datos grficos interactivos,explorables y visualizables en tiempo real en

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4forma de imgenes tridimensionales desntesis capaces de provocar una sensacinde inmersin en la imagen. En sus formasms complejas, el entorno virtual es un ver-dadero espacio de sntesis, en el que unotiene la sensacin de moverse fsicamen-te. Esta sensacin de movimiento fsicopuede conseguirse de diferentes formas,la ms frecuente consiste en la combina-cin de dos estmulos sensoriales, uno ba-sado en una visin estereoscpica total yel otro en una sensacin de correlacinmuscular, llamada propioceptiva, entrelos movimientos reales del cuerpo y lasmodificaciones aparentes del espacio arti-ficial en que est inmerso.

Existen tambin diversos trminos parareferirse al mismo concepto, tal es el caso deRealidad Sinttica, Mundos Virtuales oFicticios y Ciberespacio, palabras diferen-tes, mismos significados, idnticas indefini-ciones. Recientemente se ha ido acordando enlos crculos cientficos el trmino AmbientesVirtuales (Virtual Environments) y ms par-ticularmente Presencia, que se define comola experiencia subjetiva de estar en un lugar oambiente, cuando se est fsicamente situadoen otro.

1.2. REALIDAD VIRTUAL:COMO EVOLUCIONA?

Por regla general se reconoce que el trmi-no Realidad Virtual fue acuado original-mente por el norteamericano Jaron Lanier enun artculo titulado The Ultimate Display.Este ex director de la empresa VPL Research,utiliz el trmino en 1989 (Myron Krueger fueel primero en atriburselo), para distinguir en-tre simuladores y la experiencia de inmersinde Realidad Virtual. Sin embargo, otros auto-res difieren de esta posicin, planteando queya en 1987, David Zelzer (del Media Lab) uti-lizaba dicha expresin. Aunque el origen exac-to de la expresin Realidad Virtual es am-biguo, y ms bien anecdtico, el desarrollo dela misma es bastante ms claro.

Aunque los dispositivos tradicionales deentrada y salida de datos del computador (te-clado, mouse, monitor, joystick) ofrecen gran-des facilidades para el manejo de informacin,estn limitados cuando las aplicaciones vanganando en complejidad y sofisticacin, comoes el caso de la Realidad Virtual que requierede otros dispositivos para poder aprovechartodo su potencial.

En 1958, la Philco Corporation desarrollun dispositivo visual en un casco controlado

Fig.1.1 - Al excntrico JaronLanier se le atribuye el iniciodel termino RealidadVirtual.

Fig. 1.2 - Los primeros cascos de RV eran limitadostcnicamente, y algo incmodos de usar.

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5por los movimientos de la cabeza del usua-rio. Algunos aos despus, Ivn Sutherlandy otros investigadores crean un accesorio de-nominado Head Mounted Display (HMD),montando tubos de rayos catdicos en un ar-mazn de alambres, mediante el cual el usua-rio poda examinar, moviendo la cabeza, unambiente grfico. Luego Morton Heiling in-venta y opera el Sensorama, una instalacinque estimula una diversidad de sentidos (vis-ta, olfato, sonido y fuerza motriz).

En 1969, Myron Krueger crea ambientesinteractivos que permiten la participacin delcuerpo entero, en eventos apoyados por com-putadores. Por aquel entonces, diversos artis-tas ofrecan espectculos que incluan imge-nes, sonidos, vibraciones y hasta olores, quejunto con cmaras que captaban sus movi-mientos sumergan al espectador en un mun-do irreal, reproducido en una pantalla gigan-te. Paralelamente, Frederick Brooks, de laUniversidad de Carolina del Norte en ChapelHill, trabajaba en un proyecto para lograr quelos usuarios muevan objetos grficos median-te un manipulador mecnico.

En 1971, Redifon Ldt. en el Reino Unido,comienza a fabricar simuladores de vuelo conpantallas grficas. En 1972, General Electric,bajo mandato de la Armada Norteamericana,desarrolla el primer simulador computari-zado de vuelo.

A fines de los 70, en el Media Lab del Ins-tituto Tecnolgico de Massachusetts (MIT), seobtiene el Mapa Filmado de Aspen, EE.UU,una simulacin de video a travs de la ciu-dad, donde el usuario puede recorrer sus ca-lles y edificios. Tom de Fanti fue el inventordel guante de datos en 1976, aunque su dise-o fue mejorado posteriormente por Tom

Zimmerman, dando origen al DataGlove, di-seado originalmente para poder tocar unaguitarra virtual o imaginaria. Aunque fueJaron Lanier quien comenz a creer y a divul-gar las posibilidades de las nuevas tecnolo-gas y se hizo famoso en todo el mundo alpresentar, en 1984, una versin mejorada delguante de datos para la NASA. Ese mismoao, Michael McGreevy y sus colegas de laNASA desarrollan Lentes de Datos, con loscuales el usuario puede mirar el interior deun mundo grfico mostrado en un computa-dor.

En 1980, Andy Lippman desarrolla unvideodisco interactivo para conducir en lasafueras de Aspen. En 1981, Tom Furness de-sarroll la Cabina Virtual, y G.J. Grimes,asignado a Bell Telephone Laboratories,patent un guante para introducir datos, ba-sndose en sensores pticos, de modo que larefraccin interna puede ser correlacionadacon la flexin y extensin de un dedo.

Mark Callahan, en 1983, construy unHMD en el Instituto Tecnolgico deMassachusetts. A los inicios de los 90, los sis-temas de Realidad Virtual salen de los am-bientes de laboratorios en busca de aplicacio-nes comerciales, apareciendo cabinas de en-trenamiento para pilotos de guerra,simuladores de vuelo, recorridos virtuales,entre otras aplicaciones.

En la actualidad, estamos an en presen-cia del crecimiento y consolidacin de las tc-nicas y recursos de la Realidad Virtual, el cualha sido posible gracias al esfuerzo e interscombinado de cientficos, militares y visiona-rios, y porque no decirlo, al dinero de las em-presas que ven en ella una nueva y promete-dora tecnologa.

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6Fig. 1.3 - Las tres bases de la Realidad Virtual.

1.3. REALIDAD VIRTUAL:COMO IDENTIFICARLA?

Para distinguir una instalacin de Reali-dad Virtual como tal, es necesario que cum-pla con ciertas condiciones, entre las que sedestacan:

Simulacin: Capacidad de representarun sistema, cabe decir que sta debe re-plicar aspectos suficientes de la realidadpara convencer al usuario que constitu-yen una situacin paralela. Es decir, unasimulacin del modelo o del mundo a ex-perimentar, donde regir una serie de re-glas, no todas necesariamente iguales alas de la vida real.

Interaccin: Tener control del sistemacreado. De no existir esta interaccin elsistema sera una pelcula o recorrido fi-jado a priori. Para lograr la interaccinexisten diversas tcnicas e interfaceshombre-mquina, que van desde tecla-do y mouse hasta guantes o trajes senso-riales. La interactividad con el mundovirtual supone que el usuario puedamover objetos (adems de a s mismo) ymodificarlos, y que tales acciones pro-duzcan cambios en ese mundo artificial.

Percepcin: Es el factor ms importante.Algunos sistemas de realidad virtual sedirigirn principalmente a los sentidos(visual, auditivo, tctil) por medio de ele-mentos externos (Cascos de Visualiza-cin, Guantes de Datos, Cabinas, etc.),otros tratarn de llegar directamente alcerebro, evitando as las interfaces sen-soriales externas, y otros, los ms sim-ples, recurrirn a toda la fuerza de la ima-ginacin del hombre para experimentaruna realidad virtual parcial. De estemodo, el usuario puede creer que real-mente est viviendo situaciones artificia-les que el sistema computacional gene-ra, alcanzando una sensacin de inmer-sin en un ambiente digital.

Adems, en un sistema de Realidad Vir-tual las imgenes mostradas al usuario nose encuentran almacenadas en ningn sitio,son generadas dependiendo de la posicinactual. Esto para tener total libertad de mo-vimientos del usuario, lo que hace imposi-ble tener guardadas todas las imgenes co-rrespondientes a todos los posibles puntosde vista. Los sistemas de Realidad Virtualposeen una base de datos con todos los ele-mentos que componen el mundo virtual, apartir de la cual, generan la informacin quese mostrar al usuario. Tambin debe exis-tir realmente una dimensin de profundi-dad (tridimensionalidad), similar a la queofrecen los simuladores de vuelo. Para con-seguir este efecto, los objetos del mundo vir-tual deben tener una tercera dimensin queindique su profundidad en la pantalla.

Los tres primeros elementos, a nuestromodo de ver, son imprescindibles en cual-quier sistema de Realidad Virtual. Algunosinvestigadores plantean que las tres basesde la realidad virtual son las 3i(Interaccin, Inmersin e Imaginacin).

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7Fig. 1.4 - Los rastreadores de posicin permiten conocerlos cambios de direccin que realiza el usuario.

Fig. 1.5 - Algunos rastreadores de posicin permitenseguir el movimiento de la mano.

1.4. REALIDAD VIRTUAL:DISPOSITIVOSINPUT/OUTPUT

A travs de los dispositivos de entrada ysalida de datos, se facilita la comunicacinhombre-mquina. Con los dispositivos deentrada (input) el usuario puede transmitirsus rdenes al sistema de realidad virtual, in-dicndole que desea desplazarse, cambiar elpunto de vista o interactuar con algn objetodel mundo virtual, y los dispositivos de sali-da (output), permiten que el usuario se sientainmerso en el mundo virtual creado.

En un sistema de realidad virtual noinmersiva, los dispositivos de entrada nece-sarios pueden reducirse a un simple mouse,pero cuando se trata de un sistema inmersivo,las capacidades deben ser mayores. Hay quedisponer de rastreadores de posicin para ave-riguar la direccin en la que el usuario estmirando y su ubicacin relativa en el mundovirtual. Simultneamente, el sistema puede es-tar recibiendo informacin de un guante dedatos y procesndola para mostrar una repre-sentacin de la mano del usuario dentro delmundo virtual. Adems, an se debe resol-ver el problema del desplazamiento dentro deun entorno completamente tridimensional,utilizando normalmente dispositivos de en-trada que fueron creados para aplicacionesbidimensionales (mouse, joysticks, etc.). Porotro lado, los dispositivos de salida permitenal usuario observar, or, tocar, en resumen,vivir el mundo creado.

Los dispositivos input de realidad virtualse pueden agrupar en rastreadores de posi-cin (sensores ubicados en diferentes partesdel cuerpo, que pueden ser magnticos, pti-cos, mecnicos o acsticos), y en elementosde control (Guantes y Trajes de Datos,Joysticks 3D, Mouse 3D o Murcilagos, Esfe-ras de Fuerza, Esferas de Rastreo o Track Balls,Rampas, LifeCycles, etc.). As tambin, los dis-positivos output de realidad virtual se pue-den dividir en generadores de imgenes (Cas-cos Visores o HMD, Sistemas Binoculares o

BOOMs, Lentes estereoscpicos), de sonidou otras sensaciones (que permiten al usuarioincrementar la percepcin espacial, especial-mente cuando esta ausente el referente visual)y de manipulacin tctil (para apreciar super-ficies y pesos entre otras sensaciones).

El hardware de Realidad Virtual es bastan-te variado. As que en funcin de estos ele-mentos involucrados, se pueden reconocerdistintos sistemas que se proclaman de Reali-dad Virtual:

Sistemas Desktop o Realidad Virtual de

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8Escritorio, que engloba todas aquellas insta-laciones que muestran imgenes en monitor.Los ejemplos tpicos son la mayora de los jue-gos para PC. Algunos tendrn interfacessofisticadas, pero tienen en comn el concep-to de mundo 3D presentado en 2D.

Realidad Virtual en Segunda Persona: sonaquellos sistemas en los cuales el usuario sabeque est en el mundo virtual porque se ve a smismo dentro de la escena proyectada. Esdecir, es un integrante visible del mundovirtual, por medio de la proyeccin de su ima-gen en un fondo o ambiente, las cuales sonvisualizadas en la pantalla. Aplica la idea dever para creer para inducir la sensacin depresencia.

Los sistemas de Telepresencia utilizan

generalmente elementos como cmaras, mi-crfonos, dispositivos tctiles y de fuerzacon elementos de retroalimentacin, ligadosa elementos de control remoto para permi-tir al usuario manipular robots u otros dis-positivos distantes que se estn utilizandoen forma virtual.

Sistemas de Inmersin: son aquellos queliteralmente sumergen al usuario en el mun-do virtual, mediante la utilizacin de acceso-rios visuales del tipo HMD, rastreadores deposicin y movimientos, as comoprocesadores de sonido. Quedando el usua-rio estrechamente relacionado con el ambien-te virtual, y aislado hasta cierto punto delmundo real. Los usuarios ven al mundo vir-tual como si estuvieran viendo el mundo real.

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9Datenarbeitung (Darmstadt, Alemania).En 1997, se realiza un Segundo Semina-

rio Internacional de Realidad Virtual, conparticipantes locales y extranjeros. En 1998,investigadores del Programa inician estudiosde doctorado en Estados Unidos y Espaa, ydesde Concepcin se realizan dos cursos porInternet (Simulacin Aplicada y Diseo deEstructuras). En 1999 se efecta tambin uncurso de Realidad Virtual por video-conferen-cia a distintas ciudades del pas (Concepcin,Valdivia, Santiago Copiap y La Serena), ade-ms de dictar programas de capacitacin enLa Paz (Bolivia) y Osorno (Chile). Tambineste ao se inician importantes proyectos confondos externos, uno sobre entrenamientoindustrial para la compaa Goodyear y otrosobre diseo en madera para el Fondo Nacio-nal de Ciencia y Tecnologa, y se efectanestadas de investigacin en el VirtualEnvironments Laboratory de la Universidadde Strathclyde (Glasgow, Escocia) y una visi-ta tcnica al Institute for Simulation andTraining (Orlando, USA).

El Programa de Realidad Virtual de laUniversidad del Bo-Bo est conformado ac-tualmente por investigadores de ingenierainformtica, arquitectura e ingeniera indus-trial, y cuenta con diversos equipamientos,software de desarrollo y dispositivos de ma-nipulacin e inmersin 3D. Posee una exten-sa experiencia en el desarrollo de proyectostecnolgicos, y la valiosa participacin dealumnos y colaboradores de distintas disci-plinas, a la vez que mltiples contactos na-cionales e internacionales en el tema.

1.5. REALIDAD VIRTUAL:INICIOS EN LAUNIVERSIDAD DEL BIO-BIO

Para comprender los antecedentes de estelibro, es indispensable mencionar la experien-cia en Realidad Virtual de la Universidad delBo-Bo, institucin a la cual pertenecen losautores. Cuando an en Latinoamrica era osa-do hablar de investigar, y ms aun, pensar enimplementaciones y/o aplicaciones propias deesta incipiente tecnologa, un grupo de acad-micos de la UBB (llamados por unos locos yarriesgados y por otros, visionarios y valien-tes), decidieron el ao 1994 aunar esfuerzos eintereses para conformar un ProgramaInterdisciplinario de Realidad Virtual. Cons-tituyndose en el primer intento formal enChile de acercarse a esta tecnologa, y uno delos primeros en Latinoamrica. En una prime-ra etapa, fue desarrollado prcticamente comoun hobby dentro del trabajo, que fue feliz-mente respaldado por las autoridades univer-sitarias. Especialmente por el entonces ViceRector Acadmico de la UBB (actual Rector)Hilario Hernndez Gurruchaga, quien impul-sa al grupo hacia objetivos concretos. Luegode varias experiencias internas en el tema, laprimera actividad planteada al exterior fue laorganizacin y realizacin del Primer Semi-nario Internacional de Realidad Virtual, ennoviembre de 1995. En el cual se establecencontactos nacionales e internacionales con otrosinvestigadores y centros del tema. Paralela-mente, se adquieren software y hardware deRealidad Virtual, realizando diversos proyec-tos de investigacin, trabajos de titulacin, tra-bajos conjuntos con otras universidades, ade-ms de participar en cursos, congresos y expo-siciones en Amrica y Europa. Destacando es-pecialmente la participacin en la feriaSOFTEL, en Santiago, y en el Congreso Inter-nacional Universidad y Empresa enFlorianpolis (Brasil), adems de estadas de in-vestigacin en el VIRART (Nottingham, Ingla-terra), el Computer Design Center (Houston,USA), RTZ-Virtual Worlds (Barcelona, Espaa)y una visita tcnica al Institute Graphische

Fig. 1.6 - Seminario de Realidad Virtual en laUniversidad del Bo-Bo.

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