Universidad Nacional Autónoma de México
Dirección General de Servicios de Cómputo Académico
Año 7 Núm. 74, Publicación Mensual, 27 de Noviembre de 2008

ARTÍCULOS

 

Año 2, Número 24, Noviembre de 2003
Realidad virtual
Ma. del Carmen Ramos Nava

 

Imaginen un arquitecto que puede llevar a sus clientes a pasear por edificaciones que aún no existen en el mundo real, mientras realiza cambios según sus sugerencias y, además, observa los modelos con una perspectiva en dimensiones reales; médicos que pueden analizar y planear con anticipación cirugías complejas y estudiantes de medicina que se entrenan con pacientes virtuales y situaciones simuladas en hospitales virtuales; de igual forma, ingenieros y diseñadores que pueden construir y trabajar con prototipos virtuales, mientras prueban su funcionamiento antes de fabricarlos.

Estas posibilidades son factibles con los espacios virtuales que permiten interaccionar con fenómenos simulados, reacciones químicas, comportamiento de mareas, etcétera, para aprender de ellos; también, es posible capacitar y entrenar al personal de empresas mediante líneas de ensamblajes virtuales, lo que reduce costos de capacitación y optimiza métodos de trabajo.

Los artistas, por otro lado, encuentran en la realidad virtual un medio de expresión novedoso para crear no sólo esculturas y pinturas estáticas, sino desarrollar experiencias dinámicas que combinan los mejores elementos de otras manifestaciones artísticas, incluyendo cine, teatro y danza.

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" precisa William R. Sherman en el libro "Understanding Virtual Reality".

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.

Métodos inmersivos

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.

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.

Audio 3D

Además de los efectos visuales, el mundo virtual incorpora un campo de audio tridimensional para reflejar las condiciones que representa. El campo de sonido tiene que reaccionar en paredes, fuentes múltiples de sonidos y ruido de fondo. Al igual que dos perspectivas visuales producen una imagen en 3D, dos perspectivas de audio producen un paisaje sonoro en 3D. Con bocinas estereofónicas fijas, los sonidos derecho e izquierdo se mezclan y ambos oídos lo reciben. Si se usan audífonos y se presentan las perspectivas acústicas correctas para cada oído, se puede preservar el aspecto espacial de los sonidos.

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.

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.

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.

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 conlleva 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.

Para mayor información

www.evl.uic.edu/

www.vrac.iastate.edu/

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