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Universidad de Granada Máster en Desarrollo de Software Trabajo Final de Máster REALIDAD VIRTUAL, Estado del arte y análisis crítico Realizado por: Jacqueline Narcisa Mejía Luna Director: Juan Carlos Torres Cantero Granada, Septiembre de 2012 Aviso Legal 3ds Max®, Maya®, Softimage® son marcas registrada de AutoDesk, Inc. AMD® es una marca registrada de Advanced Micro Devices, Inc. Apple®, Mac® y Macintosh® son marcas registradas de Apple Computer, Inc. CAVE ™, FLEX ™, PowerWall, ROVR ™, y ImmersaDesk ™ son marcas registradas de Fakespace. Cinema4DTM es una marca registrada de MAXON Computer. IBM® es una marca registrada de IBM Corporation. JavaTM y Java3DTM son marcas registradas de Sun Microsystem Inc. Linux® es una marca registrada de Linus Torvalds. Microsoft®, Windows®, Visual Studio®, Visual Basic®, MSDN®, Xbox®, DirectX® y Direc3D® son marcas registradas de Microsoft Corporation. NVIDIA®, el logo de NVIDIA, 3dfx®, Voodoo®, RIVA TNT™, TNT™, CineFX® y GeForce® son marcas registradas de NVIDIA Corporation. RenderMan® es una marca registrada de Pixar Animation Studios. SGI®, OpenGL® y GL® son marcas registradas de Silicon Graphics Ltd. VRJuggler, (2001‐2010) Iowa State University, Free Software Foundation VRML, es marca registrada del Consorcio Web3D Unix® es una marca registrada de The Open Group. El resto de marcas registradas y copyright son propiedad de sus respectivos dueños. i ¿Qué es real? ¿Cómo se define real? Si estamos hablando de lo que se puede escuchar, lo que se puedes oler, saborear y sentir, entonces lo real son simplemente señales eléctricas interpretadas por tu cerebro. Morpheus (The Matrix) iii Índice de materias CONTENIDO Capítulo 1‐ Introducción al trabajo ......................................................................................................... 1 1.1 Motivación ........................................................................................................................................ 1 1.2 Objetivos ........................................................................................................................................... 1 1.3 Organización de la Memoria .......................................................................................................... 2 Capítulo 2‐ Introducción a la RV ............................................................................................................. 5 2.1 Antecedentes históricos .................................................................................................................. 6 2.1.1 Sensorama de Morton Heiling ................................................................................................ 6 2.1.2 El padre de la RV y su creación The Ultimate Display ........................................................ 7 2.1.3 Ivan Sutherland y su espada de Damocles ........................................................................... 7 2.1.4 Realidad Artificial y el Videoplace de Krueger .................................................................... 8 2.1.5 El casco y el guante ................................................................................................................... 9 2.1.6 La diversificación de la tecnología ....................................................................................... 10 Capítulo 3‐ Entendiendo la Realidad Virtual ...................................................................................... 13 3.1. RV como herramienta de Simulación ........................................................................................ 14 3.1.1 Modelado ................................................................................................................................. 14 3.1.2 Simulación ............................................................................................................................... 15 3.1.3 Fases de diseño de una simulación ...................................................................................... 17 3.1.4 Presentación e interacción con las simulaciones ................................................................ 18 3.2 Términos asociados a la RV .......................................................................................................... 19 3.3 Definiciones de RV de algunos expertos .................................................................................... 20 3.4 Como identificar la RV .................................................................................................................. 23 3.4.1 Interacción ............................................................................................................................... 24 3.4.2 Generación en tiempo real ..................................................................................................... 26 3.4.3 Inmersión y Presencia ............................................................................................................ 26 3.5 RV inmersiva vs. RV No‐Inmersiva ............................................................................................ 27 3.6 Clasificación de la Realidad Virtual. ........................................................................................... 28 3.6.1 RV de escritorio (Desktop systems or Window on a World, WoW ................................. 28 3.6.2 Realidad virtual en segunda persona .................................................................................. 28 3.6.3 Sistemas Inmersivos ............................................................................................................... 29 3.6.4 Televirtualidad ........................................................................................................................ 30 3.6.5 Sistemas de Realidad Mixta .................................................................................................. 30 3.6.6 Sistemas de Realidad Virtual en Pecera .............................................................................. 30 3.6.7 Sistemas de realidad virtual múltiples ................................................................................ 30 3.7 Mundos Virtuales .......................................................................................................................... 30 3.8 Problemas actuales de la Realidad Virtual ................................................................................. 32 3.8.1 Representación ........................................................................................................................ 32 3.8.2 Realimentación háptica .......................................................................................................... 33 i Estado del Arte de la RV 3.8.3 Demora en tiempo de respuesta ........................................................................................... 33 3.8.4 Ángulo de visión .................................................................................................................... 34 3.8.5 Malestar por uso prolongado ................................................................................................ 34 Capítulo 4 ‐ Arquitectura de una aplicación de realidad virtual ...................................................... 37 4.1 Bucle interactivo ............................................................................................................................ 38 4.2 Modelo desacoplado para aplicaciones de RV .......................................................................... 39 Capítulo 5 – Tecnologías usadas en la RV ............................................................................................ 41 5.1 Tecnología gráfica .......................................................................................................................... 42 5.2 Sistemas de posicionamiento espacial ........................................................................................ 44 5.2.1 Sist. posic. espacial: Sistemas manuales o de sobremesa .................................................. 46 5.2.2 Sist. posic. espacial: Sistemas de medio y largo alcance .................................................... 48 5.3 Sistemas de visualización ............................................................................................................. 57 5.3.1 Monitores ................................................................................................................................. 58 5.3.2 Proyección ............................................................................................................................... 58 5.3.3 El Cyberscope .......................................................................................................................... 61 5.3.4 Gafas de Visualización 3D ..................................................................................................... 61 5.3.5 Sistemas tipo mesa de trabajo o de dibujo .......................................................................... 65 5.3.6 Cascos de visualización ó HDM ........................................................................................... 66 5.3.7 Sistema ʺBoomʺ ....................................................................................................................... 71 5.3.8 Sistemas tipo ʺCAVEʺ ............................................................................................................ 72 5.3.9 Sistemas tipo domo y cúpula ................................................................................................ 75 5.3.10 Sistemas Cybersphere y Virtusphere ................................................................................. 77 5.4 Sistemas de audio .......................................................................................................................... 78 5.4.1 Audio generado ...................................................................................................................... 78 5.4.2 Audio captado ......................................................................................................................... 80 5.5 Sistemas sensores de articulaciones ............................................................................................ 80 5.5.1 Sist. sensores de articulaciones‐ Tecnología de Fibra Óptica ........................................... 81 5.5.2 Sist. sensores de articulaciones‐ Tecnología de Exoesqueleto .......................................... 81 5.5.3 Sist. sensores de articulaciones‐ Tecnología de elementos de Flexión ............................ 82 5.5.4 Sist. sensores de articulaciones‐ Tecnología prensil .......................................................... 82 5.6 Sistemas táctiles para RV .............................................................................................................. 83 5.6.1 Sistemas de Force Feedback o de respuesta de fuerza ...................................................... 83 5.6.2 Sistemas de sensaciones táctiles ........................................................................................... 87 5.7 Sistemas de refuerzo de situación y cinéticos ............................................................................ 90 5.7.1 Sistemas de refuerzo de situación y cinéticos ‐ Plataformas móviles .............................. 90 5.7.2 Sistemas de refuerzo de situación y cinéticos ‐ Sistemas motrices .................................. 91 5.8 Sistemas misceláneos para captar información ......................................................................... 92 Capítulo 6 – Software usado en el desarrollo de la RV ...................................................................... 93 6.1 Herramientas de programación ................................................................................................... 93 6.1.1 VRML (Virtual Reality Modeling Language) ..................................................................... 93 6.1.2 X3D ........................................................................................................................................... 94 6.2 Plataformas, Api, IDE de desarrollo para RV ............................................................................ 94 6.2.1 Plataformas, Api, IDE ‐ OpenGL (Open Graphics Library) .............................................. 96 6.2.2 Plataformas, Api, IDE – OpenSG .......................................................................................... 97 6.2.3 Plataformas, Api, IDE – OpenSceneGraph ......................................................................... 97 6.2.4 Plataformas, Api, IDE – OpenGL Performer ...................................................................... 97 6.2.5 Plataformas, Api, IDE – VRT de Superscape ...................................................................... 98 6.2.6 Plataformas, Api, IDE – Superscape SDK (Superscape Developers Kit) ........................ 98 ii Estado del Arte de la RV 6.2.7 Plataformas, Api, IDE – VRJuggler ...................................................................................... 98 6.2.8 Plataformas, Api, IDE – Quest 3D ........................................................................................ 99 6.2.9 Plataformas, Api, IDE – VR4MAX ..................................................................................... 100 6.2.10 Plataformas, Api, IDE – 3DVIA Studio y 3DVIA Virtools VR Library ...................... 101 6.2.11 Plataformas, Api, IDE – OpenSpace3D ............................................................................ 102 6.2.12 Plataformas, Api, IDE – NetJuggler ................................................................................. 103 6.2.13 Plataformas, Api, IDE – OpenMASK, ............................................................................. 103 6.3 Frameworks para RV .................................................................................................................. 105 6.3.1 Frameworks ‐ Equalizer ....................................................................................................... 105 6.3.2 Frameworks ‐ Avango ......................................................................................................... 106 6.3.3 Frameworks – inVRs (interactive networked Virtual Reality system) .......................... 106 6.3.4 Frameworks – VR JuggLua ................................................................................................. 107 6.4 Sistema operativo ‐ Syzygy ........................................................................................................ 107 6.5 Bibliotecas ó Librerías de programación para RV ................................................................... 107 6.5.1 Bibliotecas ó Librerías de programación ‐ Java3D ........................................................... 108 6.5.2 Bibliotecas ó Librerías de programación ‐ MiddleVR for Unity .................................... 108 6.5.3 Bibliotecas ó Librerías de programación ‐ getReal3D ...................................................... 109 6.5.4 Bibliotecas ó Librerías de programación ‐ Direct3D ........................................................ 109 6.5.5 Bibliotecas ó Librerías de programación – Mesa 3D ........................................................ 110 6.5.6 Bibliotecas o Librerías de programación – CAVELib, .................................................... 110 6.5.7 Bibliotecas ó Librerías de programación ‐ V‐Realm Builder ......................................... 111 6.5.8 Bibliotecas ó Librerías de programación ‐ libGlass .......................................................... 111 6.5.9 Bibliotecas ó Librerías de programación ‐ OpenGL for Java (GL4Java) ....................... 112 6.5.10 Bibliotecas ó Librerías de programación ‐ Java bindings for Open GL (JOGL) ......... 112 6.5.11 Bibliotecas ó Librerías de programación ‐ Pets ............................................................... 112 6.5.12 Bibliotecas ó Librerías de programación ‐ Librerías de sonido .................................... 113 6.5.13 Bibliotecas ó Librerías de programación ‐ Librerías de dispositivos hápticos ........... 113 6.5.14 Bibliotecas ó Librerías de programación ‐ Software Libre para RV............................. 114 6.6 Aplicaciones para desarrollo de entornos en CAVE ............................................................... 115 6.6.1 Aplicaciones para desarrollo de CAVE ‐ Cave 5D 2.0 ..................................................... 115 6.6.2 Aplicaciones para desarrollo de CAVE – Cave5UT ......................................................... 116 6.6.3 Aplicaciones para desarrollo de CAVE ‐ 3DVisualizer ................................................... 117 6.6.4 Aplicaciones para desarrollo de CAVE ‐ LidarViewer, ................................................... 117 6.7 Herramientas de modelado ........................................................................................................ 118 6.8 Navegadores de VRML............................................................................................................... 120 6.9 Herramientas para edición estereoscópica ............................................................................... 121 6.9.1 Vegas Pro 11 .......................................................................................................................... 121 6.10 Falsas Tecnologías ..................................................................................................................... 122 6.11 Resumiendo las herramientas de desarrollo para la RV ...................................................... 122 Capítulo 7 – Aplicaciones e Investigaciones de la Realidad virtual ............................................... 125 7.1 Aplicaciones médicas de la RV .................................................................................................. 126 7.2 Aplicaciones en Rehabilitación de la RV .................................................................................. 127 7.3 Aplicaciones educativas de la RV .............................................................................................. 128 7.4 Aplicaciones de arte de la RV .................................................................................................... 128 7.5 Aplicaciones de entretenimiento de la RV ............................................................................... 129 7.6 Aplicaciones de uso militar de la RV ........................................................................................ 130 7.7 Nuevos caminos de las RV ......................................................................................................... 132 7.7.1 Industria Manufacturera ..................................................................................................... 132 7.7.2 Fabricación de Aeronaves ................................................................................................... 132 7.7.3 Robótica ................................................................................................................................. 132 iii Estado del Arte de la RV 7.7.4 Oceanología ........................................................................................................................... 132 7.7.5 Satélites .................................................................................................................................. 133 7.7.6 Aplicaciones en la Ciencia e Ingeniería ............................................................................. 133 7.7.7 Química y Bioquímica .......................................................................................................... 133 7.7.8 Astronomía ............................................................................................................................ 134 7.7.9 Eléctrica y electrónica ........................................................................................................... 134 7.7.10 Turismo de Salón ................................................................................................................ 134 Capítulo 8 ‐ El mercado de la RV ........................................................................................................ 135 8.1 Análisis de Tendencia de Google (Google Trends) ................................................................. 135 8.1.1 A.T. de Google para la frase “Virtual Reality” ................................................................. 136 8.1.2 A.T. de Google de la frase “Realidad Virtual” en diversos idiomas ............................. 136 8.1.3 A.T. de Google de “Virtual Reality” comparado con temas relacionados .................... 137 8.1.4 A.T. de Google de otros tema de forma individual ......................................................... 138 8.1.5 A.T. de Google con librerías y motores gráficos para RV ............................................... 139 Capítulo 9 – Industria de la Realidad Virtual .................................................................................... 141 9.1 La Academia y la Realidad Virtual ........................................................................................... 144 9.2 Universidades y sus laboratorios de investigación en RV ..................................................... 145 9.3 Eventos realizados de RV ........................................................................................................... 146 9.4 Producción intelectual de RV con datos del ACM Simposio VRST ..................................... 147 9.5 Producción intelectual de RV con datos de CORDIS.............................................................. 149 Capítulo 10 ‐ Oportunidades para aplicar la RV en Ecuador y Latinoamérica............................. 153 Capítulo 11 ‐ Conclusiones ................................................................................................................... 157 Anexo 1 ‐ Listado de Mundos Virtuales en línea (MUVEs) ......................................................... 161 Anexo 2 – Comparativo de características y precios de componentes relacionados con RV .. 162 Anexo 3 – Eventos realizados sobre temas de Realidad Virtual ................................................. 165 BIBLIOGRAFÍA ..................................................................................................................................... 167 Apéndice A: Historia de la Realidad Virtual y sus componentes Apéndice B: La estereoscopía, historia y su aplicación en la RV Apéndice C: Aplicaciones e Investigaciones de la RV iv Estado del Arte de la RV Índice de figuras Figura 1. Bosquejo y diseño final de máquina Sensorama ..................................................................................... 6 Figura 2. El Sketchpad de Ivan Sutherland .............................................................................................................. 7 Figura 3. Sword of Damocles ..................................................................................................................................... 7 Figura 4. Metaplay ...................................................................................................................................................... 8 Figura 5. Esquema de funcionamiento del Video Place de Myron Krueger ....................................................... 9 Figura 6. Experiencias realizadas en Video Place ................................................................................................... 9 Figura 7. El View de Nasa‐Ames, en prueba de campo para la telepresencia en Marte .................................. 10 Figura 8. Dataglove de VPL Research Inc. ............................................................................................................. 11 Figura 9. Máquina Virtuality ................................................................................................................................... 11 Figura 10. Consola Wii ............................................................................................................................................. 12 Figura 11. Característica principales de un Sistema de RV.................................................................................. 24 Figura 12. Mundos virtuales por sector de KZERO .............................................................................................. 32 Figura 13. Componentes clásicos de un sistema de RV según Burdea y Coiffet .............................................. 37 Figura 14. Bucle interactivo de la RV ...................................................................................................................... 39 Figura 15. Modelo de simulación desacoplado (Izq.) y Modelo VRID de Tanriverdi (Der.) .......................... 39 Figura 16. Sensores de posición del movimiento .................................................................................................. 46 Figura 17. Tracker ultrasónico de Logitech ............................................................................................................ 48 Figura 18. Cabina de captura (Izq.), Usuario insertado en el juego (Der.) ......................................................... 49 Figura 19. Usuario con marcadores de posicionamiento ..................................................................................... 49 Figura 20. Ascensión 3D Orientación TrakStar (Izq.). Polhemus Fastrack (Der.) ............................................. 50 Figura 21. Modelos de giroscopio ........................................................................................................................... 51 Figura 22. Traje Animazoo IGS‐190‐M (antes GypsyGyro‐18) ............................................................................ 51 Figura 23. Funcionamiento básico de los sensores de ultrasonido ..................................................................... 52 Figura 24. Airborne Ultrasound Tactile Display ................................................................................................... 53 Figura 25. Conjunto de transductores de ultrasonidos en el aire ....................................................................... 53 Figura 26. Sensor de mercurio ................................................................................................................................. 54 Figura 27. Acelerómetro de la empresa Crossbow Technology .......................................................................... 54 Figura 28. Sistemas Arttrack, TrackPack y Smarttrack ........................................................................................ 54 Figura 29. Sistemas Optitrack y la configuración de ubicación óptima ............................................................. 55 Figura 30. Consola y mando del Wii ...................................................................................................................... 55 Figura 31. Rastreadores de Posición Absoluta tridimensional ............................................................................ 56 Figura 32. Modelos de Monitores de Dimensión Technologies Inc. ................................................................... 58 Figura 33. Proyector LCD (Izq.). DLP de único chip (Cen.). Chip LCOS (Der.) ............................................... 59 Figura 34. Sistema On Axis (Izq.) y Sistema Off Axis (Der.) ............................................................................... 59 Figura 35. Productos comerciales de proyección .................................................................................................. 60 Figura 36. Pantallas para proyección de la empresa Cyviz ................................................................................. 61 Figura 37. Funcionamiento del Cyberscope .......................................................................................................... 61 Figura 38. Gafas de estéreo activo 3D de Samsung .............................................................................................. 62 Figura 39. Obturador alternado ............................................................................................................................... 62 Figura 40. Funcionamiento de los Anáglifos ......................................................................................................... 63 Figura 41. Sistemas de filtros de colores ................................................................................................................ 64 Figura 42. Gafas 3D polarizadas.............................................................................................................................. 64 Figura 43. Funcionamiento de gafas 3D polarizadas ............................................................................................ 65 Figura 44. Sistemas de mesa de trabajo, Responsive Workbench ....................................................................... 66 Figura 45. Sistemas de mesa de trabajo, Immersa Desk ....................................................................................... 66 Figura 46. Casco n Vision’s Datavisor HiRes (Izq.). Casco n Vision’s Datavisor NVG (Der.) ........................ 68 Figura 47. Cascos de visualización con tecnología de Cristal líquido ................................................................ 69 Figura 48. VRD, Virtual Retinal Display, 1991 ...................................................................................................... 70 Figura 49. Funcionamiento de la Tecnología de disco de filtro RGB.................................................................. 70 Figura 50. Casco Virtual Cocoon ............................................................................................................................. 71 Figura 51. BOOM, Binocular Omni‐Orientation Monitor .................................................................................... 71 Figura 52. Configuración del CAVE y Usuario interactuando en un CAVE ..................................................... 72 Figura 53. Imágenes i‐SPACE .................................................................................................................................. 73 Figura 54. Vista exterior de EVE (Izq.). Vista interior de EVE (Der.) ................................................................. 75 v Estado del Arte de la RV Figura 55. Visionstation de la empresa Elumens .................................................................................................. 76 Figura 56. Figura: Ensphered grande interior (Izq.). Ensphered móvil para un usuario (Der) ...................... 76 Figura 57. Cybersphere de RV ................................................................................................................................. 77 Figura 58. Plataforma de locomoción de VirtusSphere ........................................................................................ 78 Figura 59. Audífonos convencionales ..................................................................................................................... 79 Figura 60. Audífonos Convolvotrón ....................................................................................................................... 79 Figura 61. Dataglove de VPL (Izq.). Datasuite de VPL (Der.). ............................................................................ 81 Figura 62. El Exos para mano (Izq.). Waldo de Exos (Der.) ................................................................................. 82 Figura 63. PinchGloves de Fakespace ..................................................................................................................... 83 Figura 64. Microsoft Sidewinder (Izq.) y Logitech Flight System G940 (Der.) .................................................. 84 Figura 65. Brazo de force feedback de la Universidad de North Carolina ........................................................ 84 Figura 66. El Phantom de SensAble Inc. ................................................................................................................. 85 Figura 67. Haptic Master is Desktop Force Display ............................................................................................. 85 Figura 68. Movimiento para formas humanoides, con un Exoesqueleto ........................................................... 86 Figura 69. Guante CyberTouch con tecnología táctil de Cyber Glove Systems ................................................ 88 Figura 70. El Interactor feedback vest de Aura Systems ...................................................................................... 88 Figura 71. Teletact I, II y Teletact Commander ..................................................................................................... 88 Figura 72. Termal feedback glove ........................................................................................................................... 89 Figura 73. El Exeter fingertip stimulator array ...................................................................................................... 89 Figura 74. Pantalla táctil de RV ............................................................................................................................... 90 Figura 75. Plataforma y Cabinas de situación y cinéticos .................................................................................... 91 Figura 76. Sistemas de refuerzo de situación motrices ......................................................................................... 92 Figura 77. Guante de color ....................................................................................................................................... 92 Figura 78. Metodología de diseño VRML efectivo ............................................................................................... 94 Figura 79. Esquema de aplicación OpenMASK .................................................................................................. 104 Figura 80. Pantalla de la CaveUT .......................................................................................................................... 116 Figura 81. Google Trends para “Virtual Reality” ................................................................................................ 136 Figura 82. Google Trends países de búsqueda de “Virtual Reality” ................................................................ 136 Figura 83. Google Trends para “Virtual Reality” y “Realidad Virtual” ........................................................... 137 Figura 84. Comparación de Virtual Reality (azul) con virtual online games (rojo) ........................................ 137 Figura 85. Comparación de Virtual Reality (azul) con Augmented Reality (rojo) ......................................... 137 Figura 86. Google Trends de temas relacionados ............................................................................................... 138 Figura 87. Crecimiento en el tamaño de la industria VR desde 1993 al 2005 .................................................. 141 Figura 88. Crecimiento del mercado de los gráficos desde 1974 al 2015. ......................................................... 142 Figura 89. Proyección de Total del Mercado H & S, de CG 2011 ‐ 2015 ........................................................... 142 Figura 90. Cuadro de universidades que dictan cursos de realidad virtual .................................................... 144 Figura 91. Cuadro de cursos de RV vs curso relacionados ................................................................................ 144 Figura 92. Laboratorio de RV................................................................................................................................. 145 Figura 93. Total de eventos de Realidad Virtual ................................................................................................. 146 Figura 94. Eventos de Realidad Virtual por Año ................................................................................................ 146 Figura 95. Distribución de paper escrito sobre RV en el VRST del ACM ........................................................ 147 Figura 96. Figura: Paper presentado en ACM VRST de América del Norte ................................................... 147 Figura 97. Paper presentado en ACM VRST de Asia ......................................................................................... 148 Figura 98. Paper presentado en ACM VRST de Europa .................................................................................... 148 Figura 99. Tipo de Instituciones que investigan en RV ...................................................................................... 149 Figura 100. Programas, Proyectos y Eventos en RV financiado por CORDIS ................................................. 150 Figura 101. Proyectos financiados de RV por año .............................................................................................. 150 Figura 102. Monto de financiamiento de los proyectos de RV por año ........................................................... 150 Figura 103. Estado de los Proyectos ...................................................................................................................... 151 vi Estado del Arte de la RV Índice de tablas Tabla 1. Tipo de simulaciones por computador .................................................................................................... 16 Tabla 2. Elementos de una simulación por computador ...................................................................................... 17 Tabla 3. Aciertos y desaciertos en las definiciones de RV .................................................................................... 23 Tabla 4. Característica de las tarjetas gráficas 2D .................................................................................................. 42 Tabla 5. Característica de las tarjetas gráficas 3D .................................................................................................. 43 Tabla 6. Características de los sistemas de posicionamiento espacial ................................................................ 45 Tabla 7. Sistema de posicionamiento manual o de sobrem ................................................................................. 47 Tabla 8. Cuadro comparativo de Ventajas y Desventajas de las CAVE ............................................................. 75 Tabla 9. Guantes con tecnología de elementos de Flexión ................................................................................... 82 Tabla 10. Guantes con tecnología de exoesqueleto Cybergrasp y Cyberforce .................................................. 87 Tabla 11. Herramientas y facilidades de OpenSpace3D ..................................................................................... 103 Tabla 12. Software Libre para RV.......................................................................................................................... 115 Tabla 13. Navegadores de VRML ......................................................................................................................... 121 Tabla 14. Áreas de aplicaciones e Investigaciones en RV .................................................................................. 125 vii CAPÍTULO 1‐ INTRODUCCIÓN AL TRABAJO Las alteraciones de la realidad están estrechamente vinculadas a las modificaciones de la percepción, la realidad ha sido modificada por teóricos de los nuevos medios de comunicación, artistas, filósofos, periodistas, médicos, tecnólogos, otros; y se la bifurca en realidad virtual, realidad aumentada, realidad mixta, realidad simulada, realidad artificial, realidad en capas y realidad mejorada. Este trabajo queda enmarcado dentro del área de Realidad Virtual, entre los múltiples conceptos que se analizarán más adelante, la definiremos ahora como “el conjunto de herramientas y técnicas destinadas a la representación y manipulación de objetos con el fin de hacer creer al usuario que está viviendo una realidad que no es una realidad”. Esta representación puede empezar a partir de un objeto real o virtual, pero en cualquier caso permite obtener un modelo utilizando una estructura de datos procesables por un computador. Presenta una reseña de la historia que rodea el desarrollo de los sistemas de realidad y sus componentes, así como también los avances realizados en esta temática en diversos campos de esta ciencia, del hardware usado como los dispositivos manipuladores hápticos capaces de entregar estímulos sensoriales creíbles y lo visores 3D que sirven de ayuda a la interacción en tiempo real de estas simulaciones visuales, software que se ha realizado, límites de la ciencia en esta área, investigaciones importantes de algunos laboratorios de investigación. 1.1 Motivación Existen poca información ordenada y recopilada, que muestre los estándares inmersos en la RV, sus actores, la relación de esta con las otras tecnologías, que presente los avances técnicos, que publique estadística del sector, inversiones realizadas por universidades, organismos de apoyo y empresas en esta área; este trabajo pretende solucionar estos problemas, la cual por su naturaleza de la investigación será un trabajo documental de textos y otras fuentes como algunos repositorios científicos que existen en Internet. Será una investigación exploratoria de fuentes primarias y secundarias; cuyo propósito será la comprensión de la RV y sus avances. 1.2 Objetivos La Realidad Virtual (RV), se trata de una tecnología que está en evolución, las definiciones actuales sobre ella debe ser consideradas transitorias; su carácter inmersivo en ambientes participativos artificiales abarca áreas como: la simulación por computador, ambiente tridimensional, gráfico, sonidos y tacto; con el cual el usuario puede interactuar, lo que la convierte en un área muy extensa y prometedora. 1 Estado del Arte de la RV Por lo mencionado se plantea alcanzar los siguientes objetivos: Investigar y describir sobre La realidad virtual y su penetración en Europa, Asia, América Latina, Norte América, Centro América y África. A juicio personal, como Ecuador puede abordar la realidad virtual y proporcionar aportes en diversos campos del saber. 1.3 Organización de la Memoria Se ha procurado que lo descrito aquí sea lo más extendido y referenciado en la literatura reciente, este documento presenta de forma concreta el trabajo realizado durante varios meses, así como los resultados obtenidos y las correspondientes conclusiones. El Capítulo 2: Introducción a la RV; presentan la historia de manera resumida y la diversificación de esta tecnología, ya que existe en el documento el apéndice A: Historia de la Realidad Virtual y sus componentes, en donde se trata la historia de la RV de forma detallada. El Capítulo 3: Entendiendo la RV; expone los fundamentos y los términos asociados a esta tecnología, se presentan conceptos y puntos de vista de algunos autores, la clasificación que ellos dan a esta tecnología y como la misma se sitúa desde un punto de vista conceptual, audiovisual y tecnológico. El Capítulo 4: Arquitectura de una aplicación de realidad virtual; presenta cuales son los elementos que se conjugan en la RV, presenta una propuesta de Sylvain Jubertie sobre los modelos desacoplados para desarrollar Software de RV. EL Capítulo 5: Tecnologías usadas en la RV, es el capítulo más amplio ya que muestra las tecnologías que se usan en la RV, clasificadas en tecnología gráfica, sistemas de posicionamiento espacial, Sistemas de Visualización, Sistemas de Audio, Sistemas de sensores de articulaciones, Sistemas táctiles y Sistemas de refuerzo de situación y cinéticos. Al final del documento se encuentra el apéndice B: La estereoscopía, historia y su aplicación en la RV, en donde se revisa en detalle la historia de los sistemas de estereoscopía muy necesarios para llevar a cabo simulaciones de inmersión en la RV. El Capítulo 6: Software usado en el desarrollo de la RV, presenta las herramientas que se usan para desarrollar las aplicaciones de RV, se las ha clasificado en herramientas de programación, plataformas de desarrollo, librerías, entornos de desarrollo, herramientas de modelado, y otras como las de rendering, interacción y simulación, permitiendo que el lector esté al tanto de cómo funcionan. El Capítulo 7: Aplicaciones e Investigaciones de la Realidad virtual, muestras de manera genera; como esta tecnología ha ayudado a diversos consorcios como médicos, educadores, artistas, presentándolas las aplicaciones más trascendentales que han surgido. Al final del documento se encuentra el apéndice C: Aplicaciones e Investigaciones de la RV, en donde se detallan otras aplicaciones y cuáles son las organizaciones que han estado detrás de este desarrollo. El Capítulo 8: El mercado de la RV, muestra las tendencias de búsqueda de información, es decir el interés mostrado por los usuarios según los datos de búsqueda de Google, en esta temática. 2 Estado del Arte de la RV El Capítulo 9: Industria de la Realidad Virtual, esta investigación no podría ser completa si no se analizan los otros elementos del sector industrial de la RV y lo que representa el negocio de la RV en la industria gráfica, datos de la academia sobre el apoyo brindado para dar a conocer esta tecnología, datos de laboratorios que investigan esta tecnología, producción intelectual realizada en temáticas de RV, eventos que se han realizado. Para elaborar este capítulo se ha tomado datos primarios de diversas fuentes, se ha procedido a elaborar diversas Base de datos con el de fin de obtener información relevante que se encuentra dispersa o no existe. El Capítulo 10: Oportunidades para aplicar la RV en Ecuador y Latinoamérica, presenta el sector del software en Latinoamérica y específicamente en Ecuador, y que coyuntura hay para su aplicación. El Capítulo 11: Conclusiones, resume las aportaciones de este trabajo, así como varias líneas de investigación que quedan abiertas para trabajos posteriores. Por último, en el Anexo 1, se encuentran un Listado de los principales Mundos Virtuales (MUVES’s) que se han desarrollado, algunos tienen roles preponderantes en la RV. En el Anexo 2 se encuentran algunos cuadros comparativos de característica y precios de componentes relacionados a la RV. Anexo 3 – Eventos realizados sobre temas de RV. Cabe destacar que los objetivos propuestos en este trabajo se han cumplido en el plazo de tiempo estimado. Este trabajo ha sido a la vez muy extenuante y motivante, a lo largo del mismo se me presentaron otras interrogantes que podrían ser analizadas en trabajos futuros como: Diseño y desarrollo de avatares en primera persona para ser usados en RV, Desarrollo de Software de RV son motores de juegos, Funcionamiento de la RV en programación con GPU de forma detallada, Diseño y Desarrollo de Mundos virtuales (Muves’s) con herramientas de software libre y comercial, Desarrollo de Software de RV para otro tipo de sectores como por ejemplo el de Apoyo a la creación de nuevas empresas. 3 CAPÍTULO 2‐ INTRODUCCIÓN A LA RV Los cambios tecnológicos tienen efectos generales sobre la economía de los países, reduce los costos de producción de bienes y prestación de servicios, es decir el cambio tecnológico permite el consumo de una mayor cantidad de bienes y servicios, sin el uso de una mayor cantidad de trabajo humano, capital físico o de recursos naturales. El cambio tecnológico es responsable de la creación de nuevos y mejorados productos y servicios. El valor relativo de cualquier nuevo producto está determinado relativamente por cada individuo, pero los patrones de comportamiento de consumo de los compradores en general revelan la preferencia de estos nuevos productos sobre sus predecesores. Se espera que el cambio tecnológico continúe transformando muchos aspectos de la producción económica, la distribución y el consumo. Incluyen, por ejemplo, un mayor desarrollo del comercio por Internet (banca y operaciones al detalle), avances adicionales en la biotecnología (ejemplo, diseño de nuevas medicinas), una mayor automatización de la producción (ejemplo, sistemas avanzados de robótica), nuevas formas de entretenimiento familiar (ejemplo, discos de vídeo digitales sistemas de entretenimiento), y nuevas formas de llevar a cabo investigación científica en sí misma (ejemplo, creación de laboratorios virtuales). Como discerniremos a lo largo de este documento los investigadores han desarrollado tecnologías de RV en cada uno de los sectores mencionados, afectando de esta manera el mejoramiento de la economía de los países, a continuación se formularán una serie de conceptos básicos que son los cimientos sobre qué es la Realidad Virtual y cómo se sitúa desde un punto de vista tecnológico, audiovisual y conceptual. La gráfica de una persona conectada por medio de cables a un computador mediante un gran casco extraño, usando guantes cubiertos de cables, es la visión común sobre la Realidad Virtual que tienen las personas que no están inmersas en el tema. Ésta es una forma tergiversada de comunicación asociada a esta tecnología, desinformación causada por fantasías provenientes de ciertas películas. La RV, ha llegado al usuario general como producto fantasioso y esto conlleva una gran confusión, la cual se extiende hasta el plano de la terminología, donde se usa y se abusa del binomio “Realidad Virtual” para referirse a animaciones por computador, imágenes fijas vectoriales y hasta se la ha llegado a confundir con el término de virtualidad. Las tecnologías digitales de la información y de la comunicación forman parte de nuestra cotidianeidad hasta el punto en que llegan a pasarnos inadvertidas, al analizar el siguiente ejemplo, nos daremos cuenta de qué vivimos en un mundo en lo que lo físico se complementa, se superpone y hasta se confunde con lo virtual. Ejemplo, Establecemos conversaciones por teléfono en las que no compartimos un espacio físico con las personas que nos escuchan, dejamos que nuestra voz sea nuestra presencia en algún lugar, mientras nuestro cuerpo se encuentra en otro distinto. 5 Estado del Arte de la RV 2.1 Antecedentes históricos Una de las ideas básicas detrás de la RV es la de conseguir llevar la “Interacción Persona Computador (IPO)” al límite, de forma que esta interacción resulte lo más cercana a la comunicación humana, no obstante, empezaremos describiendo los antecedentes conceptuales de la realidad virtual, los revisaremos de manera general los más relevantes, ya que se dedica un apéndice del presente documento para tratar en detalle la historia, los actores involucrados y la historia de estos componentes. 2.1.1 Sensorama de Morton Heiling Empezaremos por el ʺSensoramaʺ, presentado por Morton Heilig, en 1956 en los EE.UU., el cual muestra intentos de integrar diversos estímulos en un único sistema. El Sensorama era una especie de cabina unipersonal, donde el espectador debía sentarse y dirigir la mirada a un visor especial, parecido al periscopio de un submarino. Heilig simuló una serie de viajes en bicicleta, motocicleta, coche, helicóptero. El viaje en motocicleta, estimulaba diversos sentidos humanos. TACTO: Mostraba vibraciones de los asientos, baches del pavimento, con los manillares de la moto simulaba también vibración, el viento en su cara (provenientes de ventiladores estratégicamente colocados). OÍDO: Sonidos que imitan el motor de la moto, los sonidos de la ciudad, las voces de la gente que camina por las aceras, banda sonora. OLFATO: Olor de la comida al pasar frente a un restaurante, de la panadería la pizza, el tubo de escape. VISTA: Presentó una proyección estereoscópica que abarcó la totalidad de su campo de visión, con escenas de la ciudad, vista de una bailarina del vientre (con olor a perfume barato). Éste es uno de los primeros ejemplos de tecnología inmersiva y multisensorial (ahora conocida como tecnología multimodal). Figura 1. Bosquejo y diseño final de máquina Sensorama Fuente: Web de Morton Heilig Este sistema no puede considerarse realidad virtual por el hecho que no funcionaba con un computador, éste era un sistema totalmente mecánico basándose en pistas de códigos que se grababan sobre la película, junto a la pista de sonido, no era interactivo, todo estaba prefijado de antemano. No obstante, su objetivo multisensorial es interesante. 6 Estado del Arte de la RV 2.1.2 El padre de la RV y su creación The Ultimate Display En 1965, Ivan Sutherland, 1965 establece las bases de un sistema multisensorial basado en computador, al que llamó “Ultimate Display” (Interfaz persona‐computador óptimo), previamente había creado el “Sketchpad”1, el cual es considerado el primer sistema de interfaz gráfico por lápiz óptico. Figura 2. El Sketchpad de Ivan Sutherland Fuente: Web del MIT Lo que pretendía Sutherland, al presentar su sistema multisensorial “Ultimate Display”, era conseguir un sistema para ganar familiaridad con conceptos no realizables en nuestro mundo físico, entender mejor estos conceptos y hacerlo de forma que facilitase el acceso de los usuarios a una herramienta tan alejada del funcionamiento humano y que requería de unos conocimientos tan específicos. 2.1.3 Ivan Sutherland y su espada de Damocles En 1968, tres años después de la descripción del “Ultimate Display”, Sutherland diseñó lo que se puede considerar como el primer casco de RV, y el primer sistema de detección de la orientación del punto de vista del usuario, a este sistema lo llamó “Sword of Damocles” (Espada de Damocles), por la forma, en que esta engancha por encima de la cabeza del usuario. Figura 3. Sword of Damocles Fuente: Enciclopedia Británica La Espada de Damocles, tenía un brazo mecánico pegado al techo, el cual sostenía un sistema de visualización formado por dos pequeñas pantallas (CRT), con un soporte para ser ajustado a la cabeza del usuario. Las articulaciones del brazo estaban dotadas de potenciómetros que medían los cambios de orientación de la cabeza del usuario. Un computador generaba pares estereoscópicos de imágenes de objetos en tres dimensiones representados en formato de 1 Sketchpad: Primer programa informático que permitía la manipulación directa de objetos gráficos. 7 Estado del Arte de la RV retículas mediante una proyección en perspectiva, las cuales eran enviadas a las pantallas del sistema de visualización permitiendo al usuario ver los objetos. Los movimientos del usuario, detectados por los sensores de las articulaciones del brazo, eran enviados al computador con el objetivo de modificar la orientación del punto de vista dentro del entorno geométrico definido por los objetos. Esta creación de Sutherland anticipada a sus tiempos hizo que esta tecnología se quede estancada por muchos años. 2.1.4 Realidad Artificial y el Videoplace de Krueger En 1969, Myron Krueger creó ambientes interactivos que permitían la participación del cuerpo completo, en eventos apoyados por computador. Junto a Sandin, Erdman y Venezky crea un ambiente controlado por computador llamado ʺGlowflowʺ, éste era un cuarto oscuro con tubos de luz, el suelo estaba cubierto de sensores, un equipo respondía a los pasos encendiendo diferentes tubos o cambiado los sonidos generados por un sintetizador. Fue un éxito visual, pero no existía un diálogo entre el hombre y la máquina. El mismo Krueger, creo en 1970 el ʺMetaplayʺ, en este incluyó la interacción entre los participantes y el medio ambiente, Metaplay facilita una relación en tiempo real entre el artista y el participante, la imagen de vídeo directo del espectador y la gráfica dibujada por un artista, que estaba en otro edificio, se superponía en la pantalla. Básicamente, un artista observaba a los participantes a través de cámara de video y televisión. Las posibilidades eran casi infinitas: el artista podría escribir palabras para comunicarse con los participantes, o dibujar alrededor de la imagen del participante. Figura 4. Metaplay Fuente: Web de la era digital [thedigitalage.pbworks.com] Después de varios experimentos en 1975 fue creado el VIDEOPLACE, el equipo tenía el control de la relación entre la imagen del participante y los objetos de la escena gráfica. Se podría coordinar el movimiento de un objeto gráfico con las acciones del participante, (KRUEGER, 1985), aprovechaba la captación de la silueta del usuario mediante una cámara de vídeo, para hacer seguimiento de las extremidades y la cabeza como elementos de interacción. El proyecto fue financiado por las Becas del Fondo Nacional de las Artes, y se encuentra en exhibición permanente en el Museo Estatal de Historia Natural, ubicado en la Universidad de Connecticut. 8 Estado del Arte de la RV Figura 5. Esquema de funcionamiento del Video Place de Myron Krueger Fuente: Web de Universitat Pompeu Fabra En la figura 5, “Esquema de funcionamiento del Video Place de Myron Krueger” se puede observar como en (1) la cámara capta la imagen del usuario (2) un computador procesa la imagen y la incorpora en un entorno digital (3) el resultado se proyecta sobre una pantalla (4) el usuario reacciona y vuelve a ser capturado por la cámara, cerrando así el ciclo. Figura 6. Experiencias realizadas en Video Place Fuente: Web de Universitat Pompeu Fabra El Video Place está fundamentado en gráficos de computador en dos dimensiones, no obstante, todos los científicos relacionados con la realidad virtual están de acuerdo en calificarlo como un sistema de realidad virtual. Krueger es considerado uno de los investigadores de la primera generación de Realidad virtual y Realidad aumentada, incluso se reconoce a la Realidad Artificial como un término acuñado por Krueger. 2.1.5 El casco y el guante Los años setenta sirvieron para desarrollar hardware específico como el guante de datos “Data Glove” (1977), diseñado por Sandin, Sayre y DeFanti en la Universidad de Illinois en Chicago. Junto a los primeros sensores de posicionamientos denominados “Polhemus”, en 1979, los cuales estaban fundamentados en tecnología de campo magnético. En el año 1985, NASA Ames utilizando algunos productos comerciales, perfecciona la primera realidad sintetizada por computador, considerada como completa, de interacción con múltiples estímulos. De entre sus características, disponía de: 9 Estado del Arte de la RV Un casco VIVED, Un sistema de sonido espacializado tipo Convolvotron2 de la empresa Crystal River Engineering, Sensores magnéticos de posición y orientación tipo Polhemus y el seguimiento de la mano con guantes VPL DataGlove. Un sistema de visualización de gráficos vectoriales de Evans & Sutherland, Un equipo DEC PDP‐11/40, y Software que escribió Michael McGreevy Esta primera realidad sintetizada genera y mostraba escenas interactivas, estereoscópicas de tráfico aéreo comercial en vuelo, en tres dimensiones. Figura 7. El View de Nasa‐Ames, en prueba de campo para la telepresencia en Marte Fuente: Historia de la Nasa [history.nasa.gov] 2.1.6 La diversificación de la tecnología Jaron Lanier en 1989, acuña el término “Realidad Virtual”, obteniendo gran atención por parte de la prensa y los medios de comunicación, lo que permite que se consolide como el término definitivo de esta tecnología. Previamente en 1985, Jaron Lanier y Thomas Zimermann habían fundado la empresa “VPL Research Inc. (VPL Inc.)”. La primera empresa dedicada desarrollar, fabricar y comercializar interfaces y programas destinados a las nuevas técnicas de simulación, hasta el cierre de la misma en 1992. La empresa VPL Inc., comercializó inicialmente el DataGlove3 y EyePhone4, tres años después inicia la comercialización de un sistema completo para la creación de entornos sintéticos inmersivos, llamado “RB2 (Reality Built for Two)”, un año después presentó un traje de datos, el DataSuit5 Convolvotron: Sistema desarrollado para la NASA y fabricado por la empresa Crystal River Engineering, ofrece una forma simple de usar HRTF (Head Related Transfer Function) para audio espacial. Consistente en dos motores de convolución. Las salidas de los convolvers se la realiza a través de los amplificadores para auriculares que utiliza los usuarios. 3 DataGlove: Electroguante de entrada de datos, compuesto de un sistema de localización electromagnético, para que el computador pudiera seguir la orientación y posición de la mano del usuario) 4 EyePhone: Casco de visualización estereoscópica con pantallas de cristal líquido 5 DataSuit: Dispositivo para todo el cuerpo basado en los principios del DataGlove. 2 10 Estado del Arte de la RV Figura 8. Dataglove de VPL Research Inc. Fuente: Web de Librería online Wiley En el Dataglove, los sensores de fibra óptica permitieron al computador medir el dedo y la flexión del pulgar, por lo tanto la interacción era posible a través de gestos. Tenía algunos inconvenientes como la falta de retroalimentación táctil, la dificultad para ajustarse a diferentes tamaños de mano, y el costo (miles de dólares). Los Periféricos y los gráficos 3D favorecieron la aparición de diversas aplicaciones de la realidad virtual. En 1991 la compañía W. Industries, desarrollaron los Virtuality, instalándolos en los salones recreativos de EE.UU., el equipo incluía periféricos e interfaces de realidad virtual, como cascos y gafas de visión. Estos primeros videojuegos recreativos con periféricos e interfaces de realidad virtual como el Dactyl Nightmare abren las puertas de la tecnología de la RV al gran público. En este mismo periodo de tiempo aparecerán numerosos modelos simulando cabinas de vuelo o conducción. Figura 9. Máquina Virtuality Fuente: Web de SABIA (Sistemas Adaptativos y Bioinspirados en Inteligencia Artificial), Universidad de Coruña En 1992, Carolina Cruz‐Neira junto con sus directores de tesis doctoral, Sandin y Thomas DeFanti, del Laboratorio de Visualización Electrónica ( Electronic Visualization Lab, EVL) de la Universidad de Illinois en Chicago, presentan el CAVE (Cave Automatic Virtual Environment). Es como una habitación de gráficos proyectados desde detrás de las paredes y el suelo, este sistema de inmersión multiusuario para experiencias de realidad virtual, cambiaría la concepción de la realidad virtual y del uso del casco. En 1995, la realidad virtual se abre a Internet con el VRML 1.0 (Virtual Reality Modeling Language), desarrollado por Mark Pesce y Toni Parisi (informático de la compañía Silicon Graphics). Este lenguaje permite incorporar modelos 3D al WWW, para que una persona pueda verlos y analizarlos por todos sus costados a través de Internet. En 1996 el VRML 2.0, incorpora interacción manipulativa y contributiva; y comportamientos a los modelos, convirtiéndose en una potente herramienta de difusión de la realidad virtual por Internet. 11 Estado del Arte de la RV En 2003, se crea el mundo virtual en 3D para Internet, llamado Second Life, desarrollado por Linden Lab., donde por medio de un programa de computador, los usuarios o residentes, pueden moverse por el mundo virtual, relacionarse con otros participantes, modificar su entorno y participar en su economía. En 2006, la empresa Nintendo lanza la consola Nintendo Wii que se destaca por el uso de un control inalámbrico que reconoce movimiento en 3 dimensiones, gracias a la combinación de un sistema de acelerómetros y un detector infrarrojo. Figura 10. Consola Wii Fuente: Web de SABIA (Sistemas Adaptativos y Bioinspirados en Inteligencia Artificial), Universidad de Coruña En 2007, sale al mercado Google Street View, la cual es una característica de Google Maps y de Google Earth que proporciona panorámicas de las calles (360° de movimiento horizontal y 290° de movimiento vertical), permitiendo a los usuarios ver partes de las ciudades seleccionadas y sus áreas metropolitanas circundantes. En 2010, Microsoft lanza Kinect para Xbox 360, este controlador de juego libre y entretenimiento, creado por Alex Kipman y desarrollado por Microsoft para la videoconsola Xbox 360, y en un futuro cercano para los computadores a través de Windows 8.3. Este mando para videojuegos permite a los usuarios controlar e interactuar con la consola sin necesidad de tener contacto físico con el mando, incluye tecnología de captura de movimiento, reconocimiento facial y reconocimiento de voz para interactuar con los videojuegos. En 2011, se presenta al mercado la consola Nintendo 3DS, la cual incluye 6 tarjetas de Realidad Aumentada para jugar diversos mini juegos. En el 2012, Microsoft presenta al mercado la Kinect para Windows, junto al Software Development Kit (SDK) para Windows, que permite hasta cuatro sensores Kinect conectado en el mismo equipo, mejorado seguimiento esquelético, incluyendo además audio y ángulos de sonido de origen, modos de color, modos de profundidad, y los controles del motor. En 2012, Shahram Izadi del equipo de Microsoft Research Cambridge, presentaron el KinÊtre, es una herramienta para generar mallas y animar objetos en tiempo real, utiliza la tecnología de seguimiento del esqueleto en el Kinect para Windows Software Development Kit (SDK) para la entrada de datos, este proyecto de investigación permitirá hacer la animación mucho más accesible, ya que actualmente se requiere un estudio completo de animadores CG para construir estos efectos. Con la Kinect para Xbox 360 y ahora para Windows; y la consola Nintendo Wii ya se están desarrollando aplicaciones de RV. De esta forma se ha descrito el camino que ha llevado la realidad virtual hasta la actualidad, para entender de dónde viene y qué se está gestando. 12 CAPÍTULO 3‐ ENTENDIENDO LA REALIDAD VIRTUAL En el diseño de aplicaciones de realidad virtual es fundamental el diseño de interfaces, la interfaz es un concepto que ha ido variando a lo largo del tiempo, ha sido definida en abstracto como “la zona de contacto entre dos entidades” (LAUREL, 1990). Ejemplo: una puerta y una persona; la interfaz sería “el pomo de la puerta”, que refleja las propiedades físicas de los que interactúan, las funciones que se llevarán a cabo y el balance de poder y control. Desde el punto de vista de las aplicaciones por computador, las interfaces son “las vías de comunicación bidireccionales, entre el usuario y la experiencia de interacción, que permiten percibir e incidir sobre la aplicación”. Las fases de diseño de una interfaz se dividen en tres partes esenciales: Decidir qué canales externos se comunicarán con los internos y en qué forma lo harán: esto se conoce como MAPEO, Establecer los elementos que actuarán de enlace en el exterior de la aplicación: las INTERFACES FÍSICAS ó INTERFACES DE HARDWARE, Determinar los elementos que actuarán de enlace en el interior de la aplicación: las INTERFACES LÓGICAS ó INTERFACES DE SOFTWARE. En la combinación ratón‐cursor en un entorno de ventanas cualquiera, la interfaz FÍSICA sería el ratón, la interfaz LÓGICA sería el cursor y los MAPEOS la concordancia entre las unidades de movimiento del ratón y las unidades de movimiento del cursor, la concordancia entre la pulsación de un botón del ratón y la reacción del cursor en relación a esta pulsación, etc. Pasaremos a revisemos en detalle cada una de estas partes: Mapeo La forma en que se acoplan los canales sensoriales del participante con las acciones de control y estímulos que se reciben en la experiencia de interacción es el Mapeo. Estas relaciones de tipo matemático permiten definir qué propiedad afectará a qué elemento y en qué grado lo hará, en otras palabras, la relación de unidades de medida de algún hecho externo con las unidades de medida de un hecho interno de la aplicación y viceversa. Esto no solo define cómo el entorno reacciona hacia el usuario, sino que también modifica la percepción que el usuario tiene del entorno. En una aplicación de simulación los mapeos intentan modelarse ó ajustarse a un tipo de relación “acción‐respuesta”. Ejemplo: Un simulador de vuelo; al mover el volante del avión de derecha a izquierda se define un mapeo con respecto a la respuesta de vuelo, en otras palabras, modela la relación mecánica que existe entre mover el volante y mover el timón de cola. En el ejemplo, se debe modelar la relación entre la magnitud de rotación del volante y la magnitud de rotación del avión, con la intención de que el efecto percibido por el piloto 13 Estado del Arte de la RV sea el mismo que en un avión físico; y así el aprendiz de piloto pueda aprender correctamente estas relaciones frente a sus acciones. Si el mapeo no se ajusta a las reacciones físicas, el alumno de piloto sería entrenado bajo unos parámetros inexactos, lo que no le permitiría transferir exactamente el conocimiento adquirido en el simulador al control del avión físico Interfaz física Las interfaces físicas o interfaces de hardware son la zona de contacto entre dos entidades: el usuario y el sistema informático. Tenemos las interfaces físicas de entrada (periféricos de entrada), se definen como sistemas físicos que permiten medir ciertas propiedades ó señales que el usuario puede emitir y las canaliza como entradas de la aplicación. Las interfaces físicas de salida (displays), se definen como sistemas físicos que permiten presentar las salidas de la aplicación, resultantes de la interacción, en un formato especialmente adaptado para que sean entendidas por los canales sensoriales del usuario. En el caso de la simulación del avión, la interfaz física de entrada es el volante, mediante el cual se detectan las acciones que el aprendiz de piloto, desea ejercer sobre la aplicación (avión virtual). Las interfaces de salida entre otras serían la pantalla sobre la que se proyectan las imágenes del paisaje; los botones que marcan el horizonte, la altitud, la velocidad, etc. Interfaz lógica Una interfaz lógica es aquel elemento informático que da referencia directa al usuario de las acciones que realiza con la interfaz física. Es decir, enlaza las entradas de datos provenientes de la interfaz física de entrada, realiza las acciones correspondientes dentro de la aplicación, según está definido por el mapeo, y se manifiesta a través de la interfaz física de salida. En el caso de aplicaciones que usan guantes de datos, es común utilizar manos virtuales como elemento de interacción interna a la aplicación. 3.1. RV como herramienta de Simulación Para conocer que significa la realidad virtual aplicada como herramienta de simulación, examinaremos el concepto de simulación, que ha dado origen a la mayor parte de las tecnologías asociadas, a las aplicaciones y a algunos conceptos. La simulación por computador es “La intersección de tres herramientas de investigación o aproximaciones analíticas: modelado, simulación de sistemas, y uso de un computador”. (WHICKER, SIGELMAN, 1991). Para entender en qué consiste esta intersección revisemos cada uno de estos componentes. 3.1.1 Modelado En la simulación fuera del computador se requiere montar una réplica física de lo que se quiere estudiar, lo que se conoce por maqueta, en simulaciones por computador es necesario definir un modelo a partir de reglas matemáticas y/o lógicas. Un modelo de simulación obedece a la similitud con un fenómeno determinado, la similitud del modelo respecto al fenómeno de origen se clasifica en: 14 Estado del Arte de la RV Similitud física: Se la asocia cuando se habla de simulación en general y específicamente en RV aplicada a la simulación. Comprende diversas componentes de similitud: visual, sonora, mecánica, química, táctil, etc. Similitud probabilística: Hace referencia a las propiedades funcionales del fenómeno de origen, utilizando análisis de probabilidad se determina la posibilidad con que un fenómeno determinado se presente. Similitud conceptual: Hace referencia a las estructuras internas del fenómeno de estudio y a como están organizadas. Las siguientes propiedades de similitud conceptual se pueden definir: asociativa, por analogía, estructural, etc. El concepto de modelo y simulación, a menudo se tiende a confundir, “Un modelo es una representación de la estructura a simular”. En otras palabras, un modelo es una “Definición estática que define estructuras, parámetros y funciones (o algoritmos)” y una simulación “Es una representación de la estructura en acción”. (WHICKER, SIGELMAN, 1991). Existen diversas clasificaciones de modelos, revisemos la clasificación formal de modelos (WHICKER, SIGELMAN, 1991): Modelos físicos: Son aquellos que pretenden ser una réplica física del sistema estudiado. Por ejemplo: un túnel de viento, el cual puede ser construido tanto físicamente como mediante una aplicación de realidad virtual. En los dos casos, son un modelo de un mismo fenómeno de estudio; los dos representan la dinámica de fluidos del aire. Modelos esquemáticos: Son aquellos que presentan ciertas características del sistema. Por ejemplo: el plano de un edificio, donde se está perdiendo cierta información volumétrica, de materiales, etc., pero en cambio nos aporta una información de organización espacial. Modelos simbólicos: Son aquellos que codifican mediante algún lenguaje matemático o informático las características del sistema. Por ejemplo, unas fórmulas de comportamiento económico, donde el fenómeno de origen no tiene unas propiedades físicas, sino que es fruto de una organización social. 3.1.2 Simulación La simulación es el proceso de diseñar un modelo de un sistema y llevar a término experiencias con él, con el objetivo de comprender el comportamiento del sistema o evaluar nuevas estrategias para el funcionamiento del mismo. Los tipos generales de simulación que se definen habitualmente son: Persona ‐ Persona: Simulaciones de tipo social en las que se estudian las reacciones de personas ó colectivos. Por ejemplo: entrenamiento de entrevistas de trabajo, dos personas en papeles de entrevistador y entrevistado, que luego intercambian roles. De sistema: Simulaciones donde se reproduce físicamente un sistema: físico, químico, biológico, etc., bajo ciertas condiciones controladas. Ejemplo, una reacción química de la naturaleza controlada en situación de laboratorio. 15 Estado del Arte de la RV Persona ‐ Computador: Simulaciones donde la persona responde a unas cuestiones planteadas por el computador. Por ejemplo, entrenamiento mediante juegos de estrategia financiera, simuladores de vuelo, etc. Por computador: A partir de una entrada, un programa la transforma obteniendo una salida, sin interacción. Usualmente responden a sistemas estocásticos, es decir, fundamentados en probabilidades. Por ende solo en las simulaciones de Persona‐Computador y en las simulaciones Por computador se pueden utilizar tecnologías de Realidad Virtual. 3.1.2.1 Simulación Por computador La simulación por computador, intenta responder las preguntas: ¿Puede esto funcionar?, ¿Qué pasa si...?, ¿Se podría estudiar?, ¿Qué parámetros pueden variar en el sistema actual para conseguir los objetivos planteados? Una simulación por computador ofrece las siguientes ventajas (MCHANEY, 1991): Se lo puede utilizar cuando no es práctico experimentar con el sistema real en su entorno natural, ya sea por cuestiones de seguridad, de tamaño, de tiempo, etc. La simulación es el único medio que permite investigar las características de diseño de un sistema determinado, es decir, que permite descomponerlo y analizarlo por partes. Se lo puede aplicar cuando no existen técnicas matemáticas ó analíticas para el problema investigado. Debido a esto se experimentan nuevas técnicas, algoritmos, etc. Se lo puede utilizar cuando se evalúa un sistema utilizando medidas estadísticas. Se lo puede utilizar cuando es necesario simular un período muy largo de tiempo, de forma comprimida, o viceversa. En este proceso también aparecen desventajas, las más importantes son: El desarrollo de la simulación por computador es complejo, caro y lento. El modelado da resultados aproximados, hay que considerar que nunca se podrá tener el modelo perfecto y que nunca se debe confundir el modelo con el fenómeno original. Recordemos que en la simulación por computador no interviene la interacción de una persona, se define el estado inicial y a partir de unos algoritmos se les hace evolucionar durante un tiempo determinado. Se las puede clasificar (MCHANEY, 1991): TIPO MONTE CARLO SIMULACIONES CONTINUAS POR EVENTOS DISCRETOS Se basa en la teoría de colas. Se Sistemas modelados por ecuaciones Se fundamentan en la aleatoriedad y caracterizan por el paso de bloques diferenciales o algebraicas que la probabilidad, no interviene el de tiempo y se puntúan eventos que dependen del paso del tiempo de tiempo. cambian el estado del sistema. forma continua. Ejemplo: Estudio de simulación de Ejemplo: juegos con cartas “el un peaje, las colas que genera, los Ejemplo: Sistemas de simulación solitario”, existen los que se pueden Depredador‐Presa, simulado por las horarios asociados a las colas, y los que no se pueden resolver. factores que afectan, etc. ecuaciones de Lotka y Volterra. Tabla 1. Tipo de simulaciones por computador Los tres tipos de simulación por computador se apoyan sobre una gran base teórica, estadística y matemática; tienen una larga tradición, disponen de herramientas de análisis muy potentes; y se benefician enormemente de la capacidad de cálculo de los computadores. 16 Estado del Arte de la RV Los elementos esenciales que componen una simulación por computador son asunciones, parámetros, entradas, algoritmos y salidas (WHICKER, SIGELMAN, 1991. Asunciones Conjunto de hipótesis sobre las que se fundamentan todos los razonamientos que hacen referencia al fenómeno de estudio y que constituyen el esqueleto del modelo Parámetros o valores fijos Variables de control, se mantienen fijas con el propósito de observar cómo las variables independientes (entradas) afectan las variables dependientes (salidas). Entradas o variables independientes Valores ingresados a la simulación al iniciarse el proceso. Corresponden a factores que afectaran a las variables dependientes (salidas). Algoritmos Convierten las entradas en salidas de acuerdo con reglas de decisión que se han especificado. Dan operatividad a la estructura del modelo y los procesos involucrados en el fenómeno de estudio. Tabla 2. Elementos de una simulación por computador Salidas o variables dependientes Las salidas son calculadas a partir de los algoritmos que procesan las variables independientes (entradas) y sin ningún tipo de intervención externa a lo largo del proceso. Interés de la simulación. 3.1.2.2 Simulación Persona‐Computador En este tipo de simulaciones, el computador sitúa a la persona dentro de un contexto concreto y esta debe ir respondiendo y reaccionando para poder alcanzar un aprendizaje del tema, una habilidad manipulativa, un entrenamiento físico y/o cognitivo, etc. (WHICKER, SIGELMAN, 1991) . Las simulaciones persona‐computador acostumbran a desarrollarse en un entorno y con ayuda de diversas ramas de la informática y la ciencia como la IA, RV, psicología, etc. Siempre van encaminadas al entrenamiento y prácticas de operarios, técnicos, pilotos, etc., debido a las grandes prestaciones como herramienta, existe en este documento un capítulo en donde se dan ejemplos de las Aplicaciones este tipo de simulaciones en relación con la RV, así como también un Apéndice del documento en donde encontrará algunos ejemplos detallados. 3.1.3 Fases de diseño de una simulación La realidad virtual tiene un papel muy importante, no solo en la simulación en sí misma, sino también en la interpretación de los resultados. Las fases principales de diseño de una simulación son (SHANNON 1975): 1. Definición del sistema: Determinación de fronteras, restricciones y variables que definen el sistema a ser modelado. Concreción del problema a estudiar. 2. Formulación del modelo: Abstracción del sistema de fenómeno de estudio a un diagrama de flujo, que recoja el flujo de información, las estructuras condicionales, los cálculos básicos, etc. 3. Preparación de los datos: Identificación de los datos requeridos por el modelo como: tipos de datos, valores iniciales de variables clave, etc. 4. Traslación del modelo: Programación propiamente dicha (generación de código). 5. Validación: Comprobación de que el modelo funciona. Se comparan los resultados obtenidos en la simulación con los resultados obtenidos del sistema fenómeno de estudio. Esto no es factible en simulaciones de sistemas aún no existentes. 6. Planificación estratégica: Se diseña un experimento para poder obtener la información deseada, que supuestamente dará las claves para la comprensión del fenómeno de estudio. 17 Estado del Arte de la RV 7. Planificación táctica: Se diseñan ejecuciones concretas del experimento. Se preparan diversos conjuntos de variables independientes (entradas) sobre un mismo modelo para obtener distintos conjuntos de variables dependientes (salidas). 8. Experimentación: Ejecución de los diversos pases por el experimento para obtener unos resultados concretos. Se hacen experimentos de sensibilidad ajustando los parámetros. 9. Interpretación: Es necesario diseñar formas y estrategias para poder interpretar y comprender los resultados. 10. Implementación: Llevar a cabo lo que se ha probado con la simulación. 11. Documentación: Ayuda a facilitar el replicado de las experimentos realizados y la extensión del modelo y el sistema. 3.1.4 Presentación e interacción con las simulaciones La forma en que se presentan los datos y procesos de una simulación, la forma en que se interactúa con una simulación, son de gran importancia, tanto por la posibilidad de gestionar grandes cantidades de datos de forma compacta, como por la comprensión de lo que está sucediendo en cada momento. Las dificultades que se presentan en estos procesos son: dificultad de seguimiento e interpretación de una simulación, gran cantidad de parámetros y variables, gran cantidad de datos de salida (resultados), datos abstractos que no pueden ser interpretados directamente, e, interacción compleja con el sistema. Con el propósito de superar estas dificultades se han desarrollado diversas técnicas de presentación e interacción. Técnicas de Presentación de datos Algunas técnicas de presentación son: gráficas estadísticas, representaciones y visualizaciones 3D y estereoscópicas, sistemas de partículas, mapeos de conjuntos de datos (coloraciones, densidades, sonidos, etc.), representaciones fotorrealistas, animaciones grabadas, animaciones en tiempo real, animaciones secuenciadas, animaciones acumuladas, tratamiento gráfico de los fractales, sonido y procesado de señal, entre otras. Técnicas de Interacción En el campo de la interacción, ha sido necesario proveer todo tipo de interfaces físicas y periféricos que permitan manipular los datos complejos y los procesos de las simulaciones. Por ejemplo: Robótica / Electrónica / Realidad Virtual: Aportan potentes interfaces físicas persona ‐computador (periféricos), Sensores de posicionamiento y orientación, Cascos de visualización inmersiva, Sistemas de sensación de fuerza, Sistemas táctiles, Sistemas de audio especializado, etc. Informática: Aporta interfaces lógicas que se traducen en acciones sobre los periféricos (datos de entrada ‐ mapeos de manipulación) y los datos de salida (respuestas hardware ‐ mapeos de percepción). 18 Estado del Arte de la RV 3.2 Términos asociados a la RV Dada la mala información y el sensacionalismo se ha difundido una idea distorsionada y falsa de lo que es la RV, por esta razón es esencial revisar algunos términos y aclarar conceptos que giran alrededor de esta tecnología. Realidad Artificial Acuñado por Myron Krueger, en 1975, durante las investigaciones del sistema VideoPlace. A Realidad Artificial no se la puede considerar sinónimo de Realidad Virtual porque es tan solo una de las posibilidades tecnológicas y de sistema que pueden existir. Telepresencia Acuñado por Marvin Minsky en 1980, tecnología que permite a un operario, explorar y controlar a distancia sistemas y entornos reales. Posibilita al operador realizar tareas que no podría efectuar de forma presencial debido a la peligrosidad del entorno (vapores, gases tóxicos, temperaturas extremas, trabajo con substancias radiactivas, presión atmosférica alterada, etc.), dificultades espaciales (de acceso por distancia, espacios reducidos o incluso miniaturización, inestabilidad física del espacio, etc.). Estos sistemas están formados generalmente por un sistema robótico semiautónomo, se pueden utilizar tanto en la tierra como en el agua, y tanto en nuestro planeta como en misiones espaciales. Algunas aplicaciones son: mantenimiento de almacenes de residuos nucleares, desactivación de coches bomba, telemedicina ó telecirugía, etc. No debe confundirse con la RV, ya que en la Telepresencia todas las señales ó estímulos que recibe el usuario, tienen su origen en el entorno físico, y la Realidad Virtual genera todos los estímulos de forma digital. A la Telepresencia no hay que descuidarla como tecnología, por ejemplo Cisco, la empresa más grande de diseño y venta de dispositivos para la operación de las redes, actualmente ofrece opciones de Telepresencia para las empresas que invierten mucho de su tiempo y dinero en viajes. Entornos Virtuales Se llaman entornos virtuales a la geometría, parámetros y configuraciones estáticas que modelan un determinado entorno, sea este simulado ó no. Los entornos virtuales suelen ser utilizados en película con efectos especiales realizados por computador. A los entornos Virtuales no se lo puede considerar Realidad Virtual porque no hay relación del usuario con el entorno, a menudo se lo utiliza como un mal substituto de la RV, deben considerarse tan solo como un elemento estático y no como la experiencia de realidad virtual. Se encuentran dos diferencias básicas entre el entorno virtual y la realidad virtual: la experiencia, que se entiende como la interacción a tiempo real; y, el sujeto virtual que es la relación del usuario con el entorno virtual. 19 Estado del Arte de la RV Entornos Sintéticos La razón de usar Entornos sintéticos en vez de Entornos virtuales, es que este binomio ha sido heredado de los simuladores de vuelo previos a los computadores y por otro lado circunscribirse al ámbito militar, no utilizando el término virtual que se considera da una sensación de “irreal”. Los entornos sintéticos, tienen los mismos problemas de concepto que los entornos virtuales, ya que deja de lado la noción de experiencia y de sujeto virtual. Realidad Aumentada Se fundamenta en sobreponer objetos generados por computador encima del entorno físico. Se consigue mediante un sistema de visualización especial, que permite al usuario tener una visión directa del entorno físico en las cuales también se presentan imágenes generadas por el computador, el sistema de visualización debe de estar dotado de un sensor de orientación para que el sistema pueda saber en qué dirección, lugar y momento adecuado se deben generar los objetos virtuales. La realidad aumentada se diferencia de la realidad virtual, en que la RV se fundamenta en generación de estímulos por computador y no sobreponiéndolos al entorno físico. Ciberespacio Ciberespacio, espacio intangible y difuso que es generado por una red de comunicaciones por computador. Término acuñado por William Gibson en 1984, en su novela “El Neuromante”. Actualmente se lo asocia al espacio formado por la red Internet, independientemente del tipo de interfaz utilizado. Computación ubicua Término acuñado por la empresa Xerox PARC a finales de los ochenta, obedece a una filosofía inicialmente opuesta a la RV, los investigadores de Xerox afirmaban que la realidad virtual era una tecnología que ligaba al usuario al sistema informático generador, a través de cables difíciles de manipular, y apostaban por colocar pequeños sistemas informáticos en objetos cotidianos que nos rodean. Estas dos tendencias aparentemente enfrentadas, actualmente están convergiendo, ya que existen pequeños periféricos inalámbricos que están siendo utilizados en los Sistemas de RV. 3.3 Definiciones de RV de algunos expertos Se recogen algunas de las definiciones más relevantes de la RV para tener una visión en conjunto de lo que los expertos en el tema entienden (o han entendido) por realidad virtual, las analizaremos y destacaremos algunos aspectos importantes. El término “Realidad Virtual” es lingüísticamente incorrecto e inapropiado. La Real Academia Española de la Lengua (RAE), define: 20 Estado del Arte de la RV REALIDAD como “1. Existencia real y efectiva de algo. 2. Verdad, lo que ocurre verdaderamente. 3. Lo que es efectivo o tiene valor práctico, en contraposición con lo fantástico e ilusorio.” VIRTUAL como “1. Que tiene virtud para producir un efecto, aunque no lo produce de presente, frecuentemente en oposición a efectivo o real. 2. Implícito, 3. Que tiene existencia aparente y no real.” Es sencillo distinguir que se trata de una contradicción en los conceptos, es ahí donde empieza la controversia del tema: ¿Cómo algo real puede ser irreal? ¿Cómo algo que existe puede no existir? ¿Cómo algo que es verdadero puede ser falso? Podría decirse entonces que la Realidad virtual “Es algo que existe ante los ojos, la mente y los sentidos pero verdaderamente no existe”. Según el diccionario de Oxford, la realidad virtual se define como “la simulación generada por computador de una imagen ó ambiente en tres dimensiones, en el cual se puede interactuar de forma real o físico, por una persona que utiliza equipamiento electrónico especial, tal como un casco con una pantalla en el interior o guantes equipados con sensores.” En el Vademécum Multimedia Publishing, de la Oficina de Publicaciones de la Unión Europea, define la realidad virtual como “Simulaciones en el que está inmerso el usuario dentro de un entorno generado por computador. RV por lo general implica animación 3D en tiempo real, el seguimiento de posición y de audio estéreo y técnicas de video.” ‐ podemos apreciar que este concepto está equivocado ya que conocemos que la representación de los mundos virtuales 3D, son en realidad una representación en 2D. Ivan Sutherland, Investigador y cofundador de Evans & Sutherland6, su intuición le llevó a dar una de las mejores definiciones, aún siendo la primera. Esta definición fue formulada en el trabajo “Ultimate Display”. “Un display conectado a un computador digital nos da la oportunidad de ganar familiaridad en conceptos no realizables en el mundo físico. Es un espejo que nos lleva hacia un país de maravillas matemáticas”. (SUTHERLAND, 1965). Utiliza display de la forma más general posible, no haciendo solo referencia a la parte visual, está haciendo referencia de forma explícita a los sistemas de interacción persona‐computador que permitan la mayor flexibilidad y naturalidad. Un sistema de realidad virtual, según Diego Levis, es “Una base de datos interactivos capaz de crear una simulación que implique a todos los sentidos, generada por un computador, explorable, visualizable y manipulable en tiempo real bajo la forma de imágenes y sonidos digitales, dando la sensación de presencia en el entorno informático”. Por lo que podríamos considerar a la RV como un conjunto de estímulos cerebrales que son creados a partir de una máquina con algún fin y mientras más real sea el artificio, mayor veracidad tendrá el sistema de realidad virtual. Myron Krueger, investigador y artista, en su trabajo de Realidad Artificial, la define como (KRUEGER, 1991): “Una realidad artificial percibe las acciones del participante en términos de la relación de su cuerpo con un mundo gráfico y genera respuestas que mantienen la ilusión que sus acciones se están desarrollando dentro de este mundo”. En este concepto se restringe la definición a un sistema visual, ignorando los otros estímulos; es importante notar que, habla de sensación de inmersión aunque en el sistema propuesto no se esté aislando al usuario de su entorno físico. Jaron Lanier, investigador y artista, fundador de VPL, Inc., acuñó el término realidad virtual, pero sus definiciones tienden a ser muy inconsistentes. A continuación se da una de las más referenciadas (LANIER, 1988): “Estamos hablando de una tecnología que utiliza vestimentas 6 Empresa Evans & Sutherland: http://www.es.com/ 21 Estado del Arte de la RV computarizadas para sintetizar realidades compartidas. Esta recrea nuestra relación con el mundo físico en un nuevo plano, ni más, ni menos. Esto no afecta nuestro mundo subjetivo; no tiene nada que ver directamente con lo que pasa en nuestro cerebro. Sólo tiene que ver con lo que tus órganos sensoriales perciben. … El mundo físico, aquello que se encuentra del otro lado de tus órganos sensoriales, se recibe a través de cinco agujeros, los ojos, las orejas, la nariz, la boca, y la piel… vestimenta que debes ponerte para percibir un mundo distinto al mundo físico… se crea la ilusión de que mientras te estás moviendo el mundo virtual está quieto”. Lanier se restringe al ámbito de la simulación, cuando habla de ilusión, lo cual no es general ni flexible cuando se requiere abrir la definición a aplicaciones de todos los ámbitos. Por otro lado, es correcto su enfoque multisensorial que no restringe las experiencias a un solo canal. Roy S. Kalawsky: Director de Advanced Virtual Reality Research Centre de Loughborough University, R.U. 7 . La define como (KALAWSKY, 1993): “Los entornos virtuales son unas experiencias sensoriales sintéticas que comunican componentes físicas o abstractas a un operador o participante humano. Esta experiencia sensorial sintética es generada por un computador que algún día podrá presentar una interfaz a los sistemas sensoriales humanos que será indiscernible del mundo físico real. Hasta entonces tendremos que contentarnos con un entorno virtual que aproxime diversos atributos del mundo real. No obstante, es factible sintetizar un facsímil apropiado de un entorno real o alguna forma de entorno abstracto”. Es importante la aproximación sensorial y la referencia a una interfaz que se comunique con nuestros canales sensoriales. Aunque se está confundiendo el modelo con el fenómeno de origen (entorno físico), otro aspecto, es que utiliza el término interfaces sintéticas en vez de interfaces digitales, los estímulos sintéticos pueden ser generados de múltiples formas no necesariamente por computador. Si se trata de la RV, se debe hacer referencia a estímulos e interfaces digitales. Michael A. Gigante, Fundador de Advanced Computer Graphics Centre en Victoria, Australia, investigador en gráficos por computador, editor de libros en esta área, define la RV como (GIGANTE, 1993): “La ilusión de participación en un entorno sintético en oposición a una observación externa de este entorno. La realidad virtual depende de dispositivos de visión con sensor de orientación y visión tridimensional (3D) estereoscópica, sensores de movimiento de manos y cuerpo, y sonido biaural. La realidad virtual es una experiencia multisensorial e inmersiva”. La aproximación multisensorial es muy correcta, pero resulta restrictiva y ligada a periféricos y dispositivos muy concretos (casco, guante, etc.). Terry W. Rowley, Simulation Director de W Industries, Rowley tiene una amplia experiencia en aplicaciones comerciales, industriales y lúdicas de la RV, la define como (ROWLEY, 1992): “Nuestra percepción del mundo exterior está controlada por nuestros cinco sentidos, a través de los cuales nos hemos construido un modelo de mundo a lo largo de los años y por nuestra propia experiencia. Interactuamos con el mundo real interpretando estímulos sensoriales utilizando nuestro propio modelo que, en detalle, es diferente del resto de personas. En la práctica, la mayor parte de características de estos modelos son similares, de forma que interactuamos con el mundo real de formas similares. Si recibimos un conjunto inconsistente de estímulos, pueden causar ruido en nuestro proceso de interpretación y causar incomodidad y desorientación. Mientras estos estímulos puedan ser interpretados de forma que obtengamos un resultado coherente, esto será nuestra imagen del mundo exterior en este momento, por muy fantástico que pueda parecer, y por lo tanto será nuestra realidad actual. Si estos estímulos se están produciendo de forma deliberada mediante un computador para representar algún otro entorno, llamamos a esta realidad instantánea, Realidad Virtual”. Rowley, sitúa la realidad en función de la apreciación individual, lo que ayuda a entender porqué es incorrecto limitarse al ámbito de la simulación; ya que el modelo que nos formamos 7 Advanced Virtual Reality Research Centre de Loughborough University ‐ http://www.avrrc.lboro.ac.uk/index.html 22 Estado del Arte de la RV está influido por nuestra experiencia (contexto cultural y temporal) y nuestros sentidos particulares. El aspecto de coherencia es acertado ya que no implica en ningún momento un ajuste a los modelos físicos utilizados como convención en simulación, deja abierta muchas posibles aplicaciones y visiones de la RV que le dan un gran potencial. Da una definición de realidad virtual muy flexible, pero a la vez ajustada, asociándola a la generación deliberada de estímulos digitales (y no sintéticos). Resulta difícil dar una definición a la RV, por lo que podemos hacerlo desde el punto de vista de su función (BURDEA, 1993): “Un sistema de realidad virtual es una interfaz que implica simulación en tiempo real e interacciones mediante múltiples canales sensoriales. Estos canales sensoriales son los del ser humano: la vista, el oído, el tacto, el olfato y el gusto”. Desde un punto de vista informático (MAHIQUES, P. 2000): “Un entorno generado por el computador en el que los participantes ‘pueden entrar físicamente’, es decir, estar presentes e interactuar con él desplazándose por su interior o modificándolo de cualquier forma”. Otro concepto de RV (ANDERS 2007): “La RV engloba toda una ontología de telepresencia, de inmersión sensorial e inmaterial de conectividad, que permite cambios en la manera como nos vemos, el modo de comportarnos y los entornos que queremos habitar”. En la actualidad al binomio de ʺRealidad Virtualʺ se la emplea incorrectamente para nombrar “Entornos tridimensionales creados con recursos multimedia, con la ayuda de computadores”. Como podemos apreciar esto es solo una parte de la RV, aunque estos entornos dan lugar a percepciones y a vivencias procuradas a partir de representaciones de las cosas a través de medios electrónicos, que nos da la sensación de estar en una situación real en la que podemos interactuar con lo que nos rodea. Revisemos ciertos aciertos y desaciertos en las definiciones de la RV: Aciertos Carencias Desvincular la realidad virtual de una Enlazar la definición a una tecnología en tecnología. concreto. Ganar familiaridad con conceptos no No definir un modelo de interacción realizables en un mundo físico. usuario vs. entorno virtual. Hablar de Display en el sentido más Incluir únicamente la parte visual ó de amplio. gráficos por computador. Definir una coherencia entre estímulos. Restringirla al ámbito de la simulación. Incluir las propiedades de inmersión y aislamiento del usuario respecto a su entorno físico como elementos esenciales de la definición. Tabla 3. Aciertos y desaciertos en las definiciones de RV 3.4 Como identificar la RV De todos los conceptos presentados, podemos resumir la definición de RV como: “Interacción con estímulos digitales generados a tiempo real”. Esta definición está formada por dos elementos principales: la definición propiamente y el modelo de interacción usuario ‐ entorno virtual. Los sistemas de RV, responde a un ʺmundoʺ que contiene ʺobjetosʺ y opera en base a reglas que 23 Estado del Arte de la RV varían en flexibilidad, se expresan en lenguaje gráfico tridimensional, su comportamiento es dinámico y operan en tiempo real, su operación está fundamentada en la incorporación del usuario en el ʺinteriorʺ del medio computarizado, por lo que requiere que haya inicialmente una ʺsuspensión de la incredulidadʺ para lograr la integración del usuario al mundo virtual al que ingresa, posee la capacidad de reaccionar ante el usuario, ofreciendo en su modalidad más avanzada, una experiencia inmersiva, interactiva y multisensorial. Pasemos a revisar las tres principales características de un sistema de realidad virtual: la interacción, generación en tiempo real y la inmersión. Generación en tiempo real Interacción Inmersión RV Figura 11. Característica principales de un Sistema de RV 3.4.1 Interacción Se entiende por interacción, la posibilidad de cambiar el flujo de eventos en un sistema el cual está generando unos ciertos estímulos. El mundo virtual y sus objetos o personajes reaccionan a las acciones del usuario y de ellos mismos, el usuario a su vez reacciona a ellos; esta particularidad permite al usuario manipular el curso de la acción dentro de una aplicación de realidad virtual, permitiendo que el sistema responda a los estímulos de la persona que lo utiliza; creando interdependencia entre ellos. Existen dos aspectos únicos de interacción en un mundo virtual: La navegación y la dinámica del ambiente. Navegación Es la habilidad del usuario para moverse independientemente alrededor del mundo. Las restricciones para este aspecto las coloca el creador del software, que permite diversos grados de libertad, si se puede volar o no, caminar, nadar, etcétera. Otro punto importante de la navegación es el posicionamiento del punto de vista del usuario, el usuario se puede mirar a sí mismo (a través de los ojos de alguien más), o puede moverse a través de cualquier aplicación observando desde varios puntos de vista. Dinámica del ambiente La dinámica del ambiente son las reglas de como los componentes del mundo virtual interactúan con el usuario para intercambiar energía o información. El concepto de estímulo está incluido, porque la forma en que un humano se relaciona e interactúa con los computadores es a través de sus sentidos: vista (FOLEY, 1990), oído (BEGAULT, 1994), tacto (BURDEA, 1996; ROSENBERG, 1997; BERGAMASCO, ALESSI, CALCARA, 1997), olfato (BARFIELD, DANAS, 1996) y gusto. 24 Estado del Arte de la RV Los estímulos que genera una aplicación de RV, aunque generados por un sistema digital, se manifiestan frente a nuestros sistemas sensoriales en igualdad de condiciones que cualquier otro estímulo proveniente de cualquier otra fuente externa a nuestro cuerpo. De lo contrario, nuestros sentidos no los podría captar. No es correcto hablar de engaño a nivel sensorial, ya que no se puede distinguir entre estímulos “reales” y estímulos “falsos”, todos son estímulos “reales”. Utilizar el binomio “estímulos sintéticos”, para los estímulos que se generan de forma deliberada desde un computador, no es correcta, ya que la síntesis de estímulos se puede conseguir por medios físicos, químicos, psicológicos, etc. (ROWLEY, 1992), lo correcto es utilizar estímulos digitales. 3.4.1.1 Niveles de interacción Aunque la interacción, como término general, se puede dar en muchos ámbitos –interacción humana, interacción social, interacción de factores, etc. – la interacción que es relevante en este caso es la interacción persona computador (IPO) y más específicamente en la realidad virtual, la interacción persona entorno virtual. En el caso de la interacción en tiempo real y de la realidad virtual; tiempo real significa que la respuesta del sistema, a una señal o acción del usuario, tiende a cero. En otras palabras, que el retardo en responder el sistema al usuario sea imperceptible para el sistema sensorial humano. El valor mínimo necesario para conseguir esta imperceptibilidad de respuesta ha sido estudiado para cada uno de los sentidos, veamos como ejemplo las imágenes y la respuesta de fuerza: Para que se mantenga la sensación de movimiento continuo, en una secuencia de imágenes, esta deben ser generadas como mínimo a 10 Hz (10 hercios ó 10 veces por segundo), pero lo recomendable es que se generen a 25 ó 30 Hz, siendo el óptimo 60 Hz o más. La respuesta de fuerza y resistencia, se ha podido comprobar que el sistema debe generar estos estímulos a 1000 Hz, no es un valor máximo ni mínimo, sino un valor exacto. En realidad virtual se categoriza la interacción en relación funcional entre el usuario y la experiencia. La interacción se divide en tres niveles que reflejan el grado de intervención de que dispone el usuario sobre el entorno virtual: la explorativa, la manipulativa y la contributiva. Explorativa: Hace referencia a los llamados “walk‐throughs” (caminatas) y “fly‐ throughs” (vuelos) a través de los entornos virtuales. El usuario no puede modificar ninguna parte u objeto del entorno, puede seleccionar lo qué quiere ver, cómo quiere verlo y cuando quiere verlo. El usuario modificará solamente la posición y orientación del punto de vista virtual (el sujeto virtual), aunque este no altera el entorno que explora. Manipulativa: Permite un nivel más de relación con el entorno, el sistema permite al usuario manipular los objetos o un subconjunto de ellos, tan solo desde un punto de vista geométrico. Es decir, puede mover, rotar y escalar los objetos, pero esto no modifican el entorno virtual en esencia. Tan solo se consigue una reconfiguración, pero no un cambio a nivel funcional ó reactivo. 25 Estado del Arte de la RV Contributiva: Es la más completa y compleja de las tres, permite al usuario realizar cambios a nivel del estado funcional o reactivo. A los objetos que puede modificar, les puede cambian las cualidades geométricas, puede cambiar realizar cambios en su estado y por ende probablemente a otros objetos del entorno. La consecuencia es que el nuevo comportamiento o el nuevo objeto obtenido ya no presenta las mismas cualidades que antes. Cada tipo de interacción es adecuada para un tipo diferente de aplicación y a veces no se justifica perseguir una interacción contributiva si la aplicación ó experiencia es eminentemente explorativa por naturaleza ó viceversa. Así pues, estos diferentes niveles de interactividad no sólo determinan lo que el usuario puede realizar, sino también cómo los objetos del entorno virtual se verán alterados. 3.4.2 Generación en tiempo real Cuando se habla de sistemas con los cuales un usuario interactúa (explora, manipula o contribuye), se está definiendo una situación en la que el usuario tiene el control de la experiencia. El resultado de las posibles interacciones que el usuario realice pueden ser potencialmente infinitas, por lo que no es factible que el sistema tenga todas las acciones predeterminadas y/o pregrabadas para hacerlas accesibles al usuario en el momento en que las pida. La única posibilidad es pues, que el sistema genere aquello que el usuario pide, en el momento en que el usuario lo necesite. Es necesario que el sistema genere en tiempo real los estímulos de la configuración requerida por el usuario, como respuesta a su petición para que este perciba de forma coherente el entorno que se le está proponiendo. Es esta “característica la que diferencia la Realidad Virtual de otras tecnologías y medios digitales e interactivos”, el coste de generación es muy alto y requiere de una gran capacidad de cálculo, teniendo en cuenta las frecuencias de recalculo de cada estímulo: imágenes a 30 Hz, respuesta de fuerza y resistencia a 1000 Hz, etc. De esta manera, se puede distinguir una aplicación de realidad virtual de una que no lo es. Un error muy común es dar como ejemplo de realidad virtual los efectos especiales utilizados en cine, ejemplo en la película “La era de Hielo”, estos personajes han sido generados a partir de datos geométricos 3D dentro del computador y por lo tanto pueden ser considerados estímulos digitales. No obstante, su presentación a los usuarios no es interactiva ni mucho menos se generan en tiempo real. Cada imagen, requirió horas de generación, la secuencia debió ser grabada sobre la película para después ser visualizar a 25 imágenes por segundo y así obtener la sensación de movimiento continuo. El hecho de haber pregrabado la secuencia hace que esta sea, a partir de ese momento, invariable, el usuario no tiene la posibilidad de interactuar, ni la posibilidad de escoger qué quiere hacer ó ver, cómo lo quiere y cuando lo quiere. 3.4.3 Inmersión y Presencia La tecnología de RV, es capaz de hacer desplazar a un sujeto a un entorno diferente sin moverse físicamente, con este fin, las entradas en los órganos sensoriales del sujeto deben ser manipuladas para que el ambiente percibido se asocie con el entorno virtual deseado y no con el físico. El proceso de manipulación está controlado por un modelo de computador que se fundamenta en la descripción física del entorno virtual. 26 Estado del Arte de la RV La idea de inmersión es “La sensación que tiene el usuario de estar ‘dentro’ de la experiencia de RV”, el usuario cree que está formando parte de la experiencia virtual. Para conseguir esto siempre se especifica que el usuario debe estar totalmente aislado del entorno físico que le rodea (GIGANTE, 1993; KALAWSKY, 1993; BRYSON, 1995). El grado de inmersión dependerá más del grado de atención que capte del usuario aquello que se le está presentando, que del sistema utilizado para presentarlo. La inmersión es un tema clave en los sistemas de realidad virtual, para que el usuario se convierta en parte del mundo simulado, en lugar de que el mundo simulado sea una característica del mundo propio del usuario. La inmersión, posee dos atributos importantes, el primero de ellos es su “habilidad para enfocar la atención del usuario”, y el segundo es que “convierte una base de datos en experiencias, estimulando de esta manera el sistema natural de aprendizaje humano (las experiencias personales)”. Entendiendo por grado de inmersión “la sensación generada en la persona que esta interactuando con el mundo virtual”. Cuanto más grande sea el número de sentidos estimulados por el sistema de realidad virtual, más alto será el grado de inmersión, un mayor grado de inmersión se alcanza por ejemplo: calidad del estímulo (calidad de las imágenes, calidad del sonido), agregando modalidades adicionales como un mayor grado de seguimiento del cuerpo, representaciones corporales más delicadas, disminución de la desfase entre los movimientos del cuerpo, y los cambios resultantes en los datos sensoriales, y así sucesivamente. La noción de presencia, aunque parecida a la inmersión en el sentido de la sensación que tiene el usuario de estar “dentro” de la experiencia, difiere en que la presencia se obtiene a partir del “realismo” de las imágenes generadas (STEUER, 1992; SHERIDAN, 1996; BIOCCA, LEVY, 1995; SLATER, 1993). Otra definición de presencia que resulta útil (ZAHORIK y JENISON, 1998): “La Presencia es equivalente a la acción realizada con éxito en el entorno”, y afirman que: “La acción gestionada con éxito en el entorno es una condición necesaria y suficiente de presencia”. 3.5 RV inmersiva vs. RV No‐Inmersiva Existen básicamente dos tipos de realidad virtual: inmersiva y no inmersiva. La RV inmersivas se las vinculan con un ambiente tridimensional creado exclusivamente por y para un computador, trata de utilizar la mayor cantidad de sentidos para crear la sensación de inmersión, este método se manipula a través de cables, cascos, guantes, sensores que capturan la posición y movimiento de las diferentes partes del cuerpo, captando cada una de las acciones y permitiendo que quien lo esté utilizando pueda observar e interactuar con el entorno virtual. La RV no inmersiva emplea medios actuales como el Internet en el cual podemos interactuar en tiempo real con diferentes personas en espacios y ambientes que en realidad no existen sin la necesidad de dispositivos adicionales al computador. Esta realidad ofrece un mundo totalmente nuevo a través de una ventana de escritorio en un computador o en un teléfono. La diferencia entre la RV no inmersiva y la inmersiva son: el bajo costo, la fácil y rápida aceptación de los usuarios, por esto es que la RV no inmersiva tiene ventaja sobre la RV inmersiva, pues esta última es de alto costo. 27 Estado del Arte de la RV 3.6 Clasificación de la Realidad Virtual. Dependiendo de la complejidad de las instalaciones que soporta y de cómo el usuario interactúa con los sistemas de realidad virtual se pueden diferenciar algunos tipos de RV: 1. RV de escritorio (Desktop system or Windows on World systems, WoW) 2. RV en segunda persona (unencumbered systems) 3. Sistemas inmersivos (operador aislado, cabina personal, cabina colectiva, cueva ó cave. 4. Televirtualidad 5. Sistemas de realidad mixta. 6. Sistemas de realidad virtual en pecera. 7. Sistemas de realidad virtual múltiples. 3.6.1 RV de escritorio (Desktop systems or Window on a World, WoW Estos sistemas de Realidad Virtual sin Inmersión son los más comunes, son sistemas que utilizan un computador y un monitor convencional, para mostrar el mundo virtual requiere que las gráficas vistas en el monitor, sean lo más parecido a la realidad, y que los objetos en ella representados actúen con el mayor realismo posible. Consiste en presentar en 3D sin necesidad de equipos especiales o específicos para RV, aunque algunos sistemas de este tipo permiten al usuario ver una imagen de tres dimensiones en sus monitores, pero utilizando lentes Crystal Eyes y Pantallas de cristal líquido (LCD). La imagen puede estar en un monitor o directamente proyectada en otra superficie, estos sistemas son conocidos como WoW (Window on a World) y también como Realidad Virtual de escritorio. Usualmente son usados por firmas constructoras para vender proyectos urbanísticos sobre planos, mediante visitas una persona interesada en conocer la casa que construirán, recorre espacios ya acondicionados y decorados según su preferencia; otros ejemplos son los juegos de PC, Playstation y algunos simuladores específicos 3.6.2 Realidad virtual en segunda persona Variante de los sistemas WoW (Sistemas Windows on World), estos sistemas conocidos también como realidad proyectada, utilizan sistemas de mapeo por video (Video Maping), se fundamenta en la filmación mediante cámara de vídeos se registra la silueta de una o más personas usuarias, y se incorpora dichas imágenes a la pantalla del computador como gráficos en 2D. En este tipo de realidad virtual una imagen en movimiento del usuario es proyectada junto con otras imágenes en una extensa pantalla donde el usuario puede verse a sí mismo como si estuviese en la escena, el usuario observa la interacción de su cuerpo con el mundo virtual, en tiempo real, con otros usuarios ó con imágenes gráficas generadas por el computador. En esencia los usuarios se miran ellos mismos como proyectados hacia el mundo virtual, de esta forma, las acciones que el usuario realiza en el exterior de la pantalla (ejercicios, bailes, pintar diseños en el aire, etc.) se reproducen en la pantalla del computador permitiéndole desde fuera 28 Estado del Arte de la RV 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. No es un sistema de inmersión completo porque el usuario se ve a sí mismo dentro de la escena, una interesante posibilidad de estos sistemas consiste en el encuentro interactivo de dos ó más usuarios, pudiendo estar separados por miles de kilómetros. 3.6.3 Sistemas Inmersivos Son los sistemas de RV más conocidos y más perfeccionados, permiten que el usuario pueda sentirse ʺsumergidoʺ en el interior del mundo virtual. El fenómeno de inmersión puede experimentarse mediante cuatro modalidades diferentes, estas son: El operador aislado La cabina personal (cabina de simulación) La cabina colectiva (pods, group cab) La caverna ó cueva (cave) En un Sistema Inmersivo el usuario utiliza un casco‐visor HMD y sensores de posición (guantes de datos o mouse 3D). El casco bloquea las señales y sonidos del ambiente, de forma que el usuario sólo experimenta las sensaciones de la RV, el casco contiene recursos visuales, en forma de dos pantallas miniaturas coordinadas para producir visión estereoscópica y recursos acústicos de efectos tridimensionales. Estos sistemas se acoplaron a juegos tan populares como Doom8, Star Wars9 y Road Race10, por mencionar algunos. Una variante puede ser reemplazar el casco, por un visor incorporado en una armadura, suministrándole una barra (como la de los periscopios submarinos) que le permita subir, bajar o controlar la orientación de la imagen obtenida mediante el visor. Las cabinas personales colectivas, recrean el interior del dispositivo ó máquina que se desea simular. (Un carro, un avión, un tanque, una nave espacial, etc.), las ventanas de la misma se reemplazan por pantallas de computador de alta resolución, además existen bocinas estereofónicas que brindan el sonido ambiental y puede estar colocada fija ó sobre ejes móviles. El programa está diseñado para responder en tiempo real a los estímulos que el usuario le envía por medio de los controles dentro de las cabinas. Estas cabinas usualmente están diseñadas para entrenamiento. La caverna o Cave, es otra forma de sistemas inmersivos, se usan varias pantallas de proyección de gran tamaño dispuestas ortogonalmente entre sí para crear un ambiente tridimensional o cueva, en la cual se ubica a un grupo de usuarios, un usuario asumirá la tarea de navegación, los demás solo visualizarán los ambientes de Realidad Virtual dinamizados en tiempo real. Dada su relevancia a las Cave se la revisará en detalle en capítulo posterior. 8 DOOM es un videojuego de disparos en primera persona creado por id Software en 1993 bajo la dirección de John Carmack. En 1994 salió a la venta Doom 2, seguida por Ultimate Doom. Le siguieron en 1996 y 1997 las ediciones de Doom para Nintendo 64, Doom 64 y para Super Nintendo, publicada por Midway Games. Posteriormente fue publicado Doom 64; esta versión de Doom presenta un cambio casi total en el planteamiento de los niveles y texturas, intentando aprovechar la potencia gráfica que ofrecía la videoconsola. El juego continúa la línea narrativa con Doom 2. El 3 de agosto del 2004 fue lanzado al mercado Doom 3, que incluye motores 3D más potentes y una ambientación única para videojuego de esta clase. 9 STAR WARS es un juego de acción en el que hay que ayudar a Luke Skywalker a destruir a todos los soldados del Imperio galáctico, golpeando con su espada a todos lo enemigos en la cabeza para destruirlos antes de que escapen. 10 ROAD RACE (coches de carrera), es un juego de autos, con obstáculos en la pista y los conductores de otros vehículos. Racing en un circuito pequeño, que varía en cada nivel, recogiendo los puntos de bonificación que mejora el coche 29 Estado del Arte de la RV 3.6.4 Televirtualidad Estos sistemas mezclan la telepresencia con sistemas de realidad virtual obteniendo una especie de simulación continua. De esta manera el computador genera entradas que mezcla con la visión que el usuario está obteniendo en ese momento del mundo real. Ejemplo, mientras un deportista realiza prácticas de entrenamiento recibe estímulos que el computador recoge (ejemplo, usa sistemas de información meteorológica), permitiendo su acondicionamiento a factores ambientales que se presenten en el sitio de competencia. 3.6.5 Sistemas de Realidad Mixta Si se fusionan los sistemas de telepresencia y realidad virtual obtenemos los denominados sistemas de Realidad Mixta. Las entradas generadas por el computador se mezclan con entradas de telepresencia y/o la visión de los usuarios del mundo real, esto se logra cuando una persona escoge fiarse del mundo real como línea de referencia, pero utiliza visores de cristal transparentes ó un tipo especial de casco HMD que tiene 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. El casco le permite realzar la percepción al operador con respecto del mundo real, superponiendo esquemas, diagramas, textos, referencias, etcétera. 3.6.6 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. 3.6.7 Sistemas de realidad virtual múltiples Este sistema combina estímulos visuales, auditivos, táctiles, de movimientos, con aplicaciones de inteligencia artificial y percepción que hace que el mundo virtual casi sea real. Ejemplo, los nuevos sistemas de entrenamiento del ejército norteamericano 3.7 Mundos Virtuales Un mundo virtual se podría definir como “una simulación por ordenador de un espacio, que normalmente es una representación en tres dimensiones de entornos reales ó imaginarios”. Dentro de un mundo virtual, nos desplazamos e interactuamos con el resto de usuarios mediante una representación, denominada avatar. Esta simulación, llamada avatar, es literalmente “una representación del usuario en el mundo virtual”, estas características corporales humanas, así como también gestos, actitudes e incluso acciones que el humano convencional, no podría hacer en el mundo real, como volar sin la asistencia de algún aparato. A la internet 3D, se la ha llamado mundos virtuales en línea, integra una serie de recursos que permiten al usuario, además de comunicarse con otros en la red, tener acceso también a servicios “tradicionales” de Internet, pero con una nueva perspectiva. La clave en el uso de la Internet 3D consiste en la virtualización del propio usuario; el usuario puede personalizar su avatar tanto como desee, o incluso falsificarlo para que no se parezca en lo absoluto al original. 30 Estado del Arte de la RV Un grupo de herramientas de personificación permite agregar ó quitar cabello, cambiar el tipo de cara, ojos y nariz, amoldar el cuerpo del avatar, vestirlo con las telas y estilos que el usuario prefiera. La mayoría de mundos virtuales, tal y como los conocemos ahora, responden a las características de los MMORPG, (Massive Multiplayer Online Role‐Playing Games), Juegos de Rol Multijugador Masivo Online. Son videojuegos que permiten a miles de jugadores introducirse en un mundo virtual de forma simultánea a través de Internet, e interactuar entre ellos. Su origen se remonta a 1985, cuando Randy Farmer y Chip Morningstar de LucasFilm, crearon un mundo virtual llamado Habitat para usuarios de Commodore 64, permitía a más de 16 jugadores simultáneos online y tenía un entorno gráfico de interacción. La evolución de este tipo de videojuegos ha sido imparable, uno de los más destacados fue Ultima Online de Richard Garriott (1997), que es el juego MMORPG que más tiempo ha estado online y el primero en conseguir 100.000 suscriptores. La evolución de los mundos virtuales que se han ido desarrollando en los últimos 27 años, nos indica que sólo son el principio de una tendencia que cada vez evoluciona más. Algunos ejemplos de mundos virtuales para Internet son: World Chat (1994, propiedad de Worlds.com IBM, Coca Cola, VISA), Active Worlds (1999), Whyville (1999), Habbo (2000), Cyworld Korea (2000), The Sims Online (2002), There.com (2003), Entropia Universe (2003), Second Life (Version beta 2002, empresas reales como Adidas, American Apparel, Sun Mycrosystems, Toyota, IBM, Sony‐BMG, Dior, MTV, Nissan, Reuters, ING Direct, Universidad de Harvard, Gobierno Sueco. Etc. experimentan nuevos modelos de negocio, comunicación e interacción), Teen Secondlife (2006). Siguiendo los criterios de Betsy Book de la revista “Virtual Worlds Review”, existen en la actualidad más de 100 Mundos Virtuales en línea (MUVEs), que se podrían clasificar de la siguiente manera: para niños, para jóvenes, de 20 a 30 años, para más de 40, para formadores, para novatos, para artistas, para acceso telefónico, acceso gratuito, para Mac, para ancho de banda. Ver “Anexo 1 – Listado de mundos virtuales en línea (Muves), según criterios de Virtual Worlds Review (Betsy Book)”. Se puede decir que existen tres tipos básicos de Mundos Virtuales que pueden existir por separados como también mezclados entre sí: Mundo Muerto: Es aquel en el que no hay objetos en movimiento ni partes interactivas, por lo cual solo se permite su exploración. Suele ser el que vemos en las animaciones tradicionales, en las cuales las imágenes están pre calculadas y producen una experiencia pasiva. Mundo Real: Es aquel en el cual los elementos tienen sus atributos reales, de tal manera que si miramos un reloj, marca la hora. Si pulsamos las teclas de una calculadora, se visualizaran las operaciones que esta realiza y así sucesivamente. Mundo Fantástico: Es el que nos permite realizar tareas irreales, como volar ó atravesar paredes. Es el típico de entorno que visualizamos en los videojuegos, pero también proporcionan situaciones interesantes para aplicaciones serias, como puede ser: observar un edificio volando a su alrededor ó introducirnos dentro de un volcán. 31 Estado del Arte de la RV Por su parte KZERO Worldswide11, nos presenta una interesante clasificación por sector de los mundos virtuales en Internet. Figura 12. Mundos virtuales por sector de KZERO Fuente: Web www.kzero.co.uk 3.8 Problemas actuales de la Realidad Virtual Existen algunos problemas por resolver, para garantizar la satisfacción como futuros usuarios a nivel sistemático y no casual. Estos problemas están siendo revisados en la actualidad por numerosos equipos humanos, a nivel técnico y científico. Entre los principales problemas tenemos: 1. Representación 2. Realimentación háptica (ʺhaptic feedbackʺ) 3. Demora (ʺlagʺ) en tiempo de respuesta 4. Angulo de visualización 5. Malestar por uso prolongado 3.8.1 Representación A diferencia con el mundo real, constituido en su nivel primario por átomos y moléculas, un mundo virtual está constituido por polígonos que son los bloques básicos constructivos de la computación gráfica. Los polígonos están formados por ʺmallasʺ que sirven para representar 11 Web de KZERO Worldswide http://www.kzero.co.uk/ 32 Estado del Arte de la RV objetos y escenarios, resultan indispensables en la construcción de mundos virtuales. A mayor número de polígonos en la representación de un objeto o escenario, más delicada será la imagen que observamos. Por otro lado, a mayor número de polígonos, mayor exigencia a la velocidad de procesamiento necesaria para presentar la imagen en tiempo real. El ser humano posee una adaptable capacidad de percepción, por ejemplo, los dibujos animados con un mínimo de 500 polígonos por segundo son ampliamente aceptados. Pero, en el caso de Realidad Virtual, el problema va más allá, ya que esa imagen debe: a. Poseer tridimensionalidad b. Sincronizar los cambios originados por el desplazamiento del usuario, incluyendo la resolución de problemas de visibilidad de múltiples objetos, muchos de los cuales pueden hallarse en movimiento. c. Ser tratada mediante sombras y efectos especiales, para mantener la ilusión de credulidad. d. Tener información complementaria de sonido, tacto y fuerza. Se ha estimado que el representar imágenes del mundo real representa una exigencia de entre 80 y 100 millones de polígonos por segundo, este problema se está resolviendo poco a poco. En la actualidad tenemos celulares como el Nokia N8 capaces de representar 35 millones de polígonos por segundo, la PS3 es capaz de llegar hasta 275 millones de polígonos por segundo, y la Wii que llega a 100 millones de polígonos por segundo. La GPU NVIDIA® Quadro® 6000 con la nueva tecnología Scalable Geometry Engine™ permite procesar hasta 1,3 billones de triángulos por segundo. 3.8.2 Realimentación háptica Otro problema a enfrentar dentro del tema de realimentación háptica es el denominado ʺretroalimentación de fuerzaʺ, este es el efecto que busca imitar a la realidad, oponiendo campos de fuerza que permitan, por ejemplo, al chocar o empujar objetos, obtener una oposición o rechazo de parte de los mismos. Los despliegues hápticos no son diseñados como simples máquinas de tacto sino más bien como ambientes de trabajo, con estos una persona puede alcanzar conocimientos sobre las propiedades asociadas con los objetos representados (tales como peso y solidez), a partir de las señales suministradas por el dispositivo empleado. Aún disponiendo del llamado “Software de colisión”, una aplicación puede fallar durante una caminata simulada y permitir que el usuario deambule a través de las paredes. Son mucho los dispositivos creados, como el traje con respuesta Háptica que ayudará a enriquecer la experiencia de uso del Kinect, que ha sido diseñado y creado por la Universidad de Aachen, en Alemania, en el 2012. 3.8.3 Demora en tiempo de respuesta Los problemas de demora se refieren a la actualización de la imagen a medida que el visitante se desplaza en el ambiente virtual. En una situación ideal, cuando se gira la cabeza mientras se usa un casco visor (HMD) u otro dispositivo para visualización, las imágenes no deberían dar saltos, pero esto resulta difícil de lograr aún en el avance actual de la tecnología. Hay dos factores que intervienen para que esto ocurra: la Demora y la tasa de refresh de cuadros. 33 Estado del Arte de la RV La Demora o Lag es la medida de tiempo entre “el momento en el cual una persona se mueve y el momento en que el computador registra el movimiento”. La Demora implica un problema de proporciones en teleoperaciones puesto que estas actividades exigen perfecta sincronización entre los movimientos del usuario y los del robot que se ʺhabitaʺ temporalmente. La tasa de refresh de cuadros es “el número de cuadros que un computador puede generar en un determinado lapso”, generalmente se expresa en número de cuadros por segundo. La mínima tasa requerida para una apropiada interacción con respecto al mundo virtual es de 15 a 20 cuadros por segundo. Existen tres factores básicos en un ambiente virtual que se relacionan con el problema de la tasa de refrescado de cuadros. Estos son: Los polígonos, el método de despliegue (display), y el tamaño de despliegue. Ambos problemas demora y tasa de refresh centran la solución de sus inconvenientes en el hardware. 3.8.4 Ángulo de visión Es difícil precisar un campo óptimo de visión en Realidad Virtual ya que, lo que en un caso puede resultar adecuado, en otro puede no serlo. Por ejemplo, si se le ofrece un amplio campo de visión a una persona que necesita concentrarse en cumplir una tarea específica, se encontrará que son más los problemas que se le crean que los beneficios que se derivarán de esta acción, por cuanto un amplio campo de visión pudiera ofrecerle muchas distracciones. En el otro extremo, si se le da un campo muy estrecho de visión a una persona que está buscando alcanzar una percepción global, resultará inefectivo. Otro aspecto de la problemática del ángulo de visión lo constituye su relación con el “Malestar por uso prolongado de Realidad Virtual, VIMS”. Los investigadores han encontrado que una forma de evitar el vértigo y malestar asociado por conflictos entre pistas visuales y viscerales, es la de limitar el ancho de campo de visión a no más de 60 grados horizontales. Aún cuando esto sea cierto, es casi imposible simular la sensación de inmersión en un campo tan pequeño. 3.8.5 Malestar por uso prolongado 12 Los sistemas sensoriales del ser humano operan como una maquinaria cuidadosamente entonada, la simple tarea de caminar erguido manteniendo un balance, es lograda a través de relaciones precisas entre los diversos músculos y los mecanismos sensoriales. Se estima que un 10% de los usuarios de RV, son afectados por el malestar derivado del uso prolongado de este tipo de sistemas. Esto se debe a la falta de validación entre los sentidos de estas personas y las señales contradictorias que son recibidas por los ojos y el sentido de posición del cuerpo. A este fenómeno se le ha llamado ʺsim‐sickness o mal del movimientoʺ. Este malestar es inducido por los efectos de inmersión en mundos virtuales, cuando los usuarios cibernautas se encuentran volando, girando, etc., sus síntomas se asemejan a los experimentados por los astronautas cuando entran en caída libre ó por los pasajeros mareados a bordo de un barco. Se han manifestado síntomas de incomodidad y nauseas durante experiencias de Realidad Virtual, si la tasa de cuadros por segundo tiene unos valores determinados. Se hace cada vez 12 So, RHY and Lo, WT (1999) ʺCybersickness: An Experimental Study to Isolate the Effects of Rotational Scene Oscillationsʺ. Proceedings of IEEE Virtual Reality ʹ99, Conference March 13 al 17, 1999, Houston, Texas. 34 Estado del Arte de la RV más claro que los efectos sobre el sentido del cuerpo, en términos de lo que está haciendo durante experiencias de Realidad Virtual puede resultar considerablemente complejo e impredecible. (MARKER, Graciela) Una forma de combatir la VIMS es la inclusión de un período de “calentamiento o adaptación” a la experiencia virtual. Las investigaciones actuales muestran que la nausea tienden a ocurrir durante la exposición inicial de un usuario a una simulación específica, especialmente cuando existen muchas pistas visuales. Cuando, por ejemplo, se generan frecuentes movimientos de arranque y detención; y frecuentes cambios en la aceleración, el usuario puede experimentar VIMS. En este sentido, la adaptación gradual mediante el período de calentamiento, suministra una clave para reducir el malestar inducido en el usuario de Realidad Virtual. 35 CAPÍTULO 4 ‐ ARQUITECTURA DE UNA APLICACIÓN DE REALIDAD VIRTUAL El objetivo básico de la RV es producir un entorno que sea indiferenciado de la realidad física, tomando el mundo físico y sustituyéndolo por entrada y salida de información, tal como la visión, sonido, tacto, etc. La arquitectura del diseño de una aplicación de realidad virtual, debe facilitar a los múltiples desarrolladores la integración de nuevos códigos, mantenimiento y reutilización. Algunos conceptos sobre los enfoques empleados para el desarrollo general de aplicaciones, son aplicables en el desarrollo de sistemas de Realidad Virtual. (BURDEA & COIFFET, 2003), definieron algunos componentes clásicos de un sistema de RV, que aún se mantiene vigentes Figura 13. Componentes clásicos de un sistema de RV según Burdea y Coiffet Fuente: Virtual Reality Technology, Burdea y Coiffet, 2003 El computador y el software especial que se utiliza para crear la ilusión de Realidad Virtual constituye lo que se ha denominado ʺmáquina de realidadʺ (reality engine). Un modelo tridimensional detallado de un mundo virtual es colocado en la memoria del computador, cuando un participante levanta su vista ó mueve su mano, la ʺmáquina de realidadʺ entrelaza los datos que fluye de los sensores del usuario con las representaciones actualizadas del mundo virtual almacenado, para producir el artificio de una simulación tridimensional. El computador transforma el modelo digital de un mundo en el patrón apropiado de puntos de luz, visualizados desde la perspectiva apropiada, e incluyen ondas audibles mezcladas en 37 Estado del Arte de la RV forma apropiada, para convencernos que nos encontramos experimentando un mundo virtual. La ʺmáquina de realidadʺ es el núcleo de cualquier sistema de realidad virtual porque procesa y genera los mundos virtuales, incorporando a ese proceso uno o más computadores. Una máquina de realidad obedece a instrucciones de Software destinadas al ensamblaje, procesamiento y despliegue de los datos requeridos para la construcción de un mundo virtual, debiendo ser lo suficientemente poderosa para cumplir tal tarea en ʺtiempo realʺ con el objeto de evitar demoras (ʺlagsʺ) entre los movimientos del participante y las reacciones de la máquina a dichos movimientos. El concepto de ʺmáquina de realidadʺ puede operar a nivel de computadores personales, estaciones de trabajo o supercomputador. La “máquina de realidad”, necesita un hardware acorde con la calidad del Sistema de RV que se quiera representar, normalmente se tratan de estaciones gráficas de gran desempeño. El motor de RV puede estar fundamentado en un modelo cliente‐servidor. El servidor permitirá la sincronización de las imágenes, el control de colisión de las imágenes, comunicación con los clientes que visualizarán el mundo virtual; el cliente contendrá el mundo virtual, se comunicará con el servidor, cada cliente podrá tener perspectivas distintas del mundo, mientras que el servidor enviará órdenes para que los clientes actúen en consecuencia. El computador de un sistema de Realidad Virtual maneja tres tipos de tareas: entrada de datos, salida de datos y generación, operación y administración de mundos virtuales. Los dispositivos de entrada, realizan un seguimiento del usuario y su interacción con el entorno virtual (guantes de datos, ratones 3D, trackers, etc.). Los dispositivos de salida de datos, realimentan los dispositivos sensoriales del usuario: sonido, vídeo (HMD), tacto (guantes de datos). El software RV, es el software para modelado de objetos virtuales, que involucran a la geometría, modelado de textura, comportamiento inteligente, física de los objetos, dureza, inercia, plasticidad de superficie, etc. Incluye también drivers de I/O, lenguajes de programación, bibliotecas/librerías y sistemas autorizados que se usan para implementar interfaces completas para diferentes mundos virtuales. La base de datos, contendrá los objetos del mundo virtual y sus propiedades. 4.1 Bucle interactivo Una aplicación de realidad virtual es probable que se ejecute indefinidamente, ó por lo menos hasta que el usuario decida detenerlo, por lo que su programación se debe expresar por un lazo. Para la interacción con el usuario, una aplicación VR consta de tres pasos repetidos en el bucle del programa (JUBERTIE, 2007): 1. La captura de las acciones del usuario; 2. El tratamiento de la acción a través de la simulación y la producción de una respuesta 3. La emisión de la respuesta para el usuario. El usuario puede interactuar en cualquier momento con la aplicación, estos pasos constituyen lo que se llama el bucle interactivo. La frecuencia y la latencia del bucle determinan la interactividad de la aplicación. En ejemplo de este esquema interactivo, se puede encontrar en la biblioteca GLUT fundamentada en OpenGL. 38 Estado del Arte de la RV Figura 14. Bucle interactivo de la RV Fuente: Sylvain Jubertie, Web [www.univ‐orleans.fr/] Este diseño presenta varios inconvenientes, requiere una sincronización de los pasos, la integración de resultados de simulaciones complejas incrementan el tiempo de ejecución del bucle. Una posibilidad para resolver este problema consiste en poner en paralelo los pasos del bucle, pero esto sólo pospondría el problema. 4.2 Modelo desacoplado para aplicaciones de RV La Realidad Virtual es una herramienta para numerosos campos científicos, en muchos casos las aplicaciones de RV son desarrolladas de manera ad hoc para un problema determinado, lo que hace difícil de expandir y mantener los sistemas; es necesario entonces definir modelos que proporcionen un marco de desarrollo, de tal manera que se simplifique su diseño y se facilite su expansión y distribución. El modelo de simulación desacoplado propone que una aplicación de RV tenga cuatro partes (SHAW, 1993): El modelo geométrico, La presentación (pantalla, sonido), La interacción y La simulación, Sólo dos tareas se pueden ejecutar simultáneamente, una contiene la simulación y la otra las partes restantes, de hecho una simulación evoluciona a sí misma cuando no se produce la acción del usuario. La simulación y la interacción son dos procesos que pueden ser implementados de forma asíncrona, una implementación de este modelo sería: Figura 15. Modelo de simulación desacoplado (Izq.) y Modelo VRID de Tanriverdi (Der.) Fuente: JUBERTIE, SYLVAIN, 2007. Web [www.univ‐orleans.fr/] El modelo VRID (Diseño de interfaz virtual reality), va más allá del enfoque de disociar las diferentes partes de la aplicación. (TANRIVERDI, 2001) 39 Estado del Arte de la RV El modelo de simulación desacoplado de la aplicación (modelo geométrico, presentación, interacción y simulación) se apoya en la parte del “mediador”. El programador puede configurar el mediador, con el fin de definir el acoplamiento que quiere entre sus diferentes partes de códigos, la eficacia de este modelo está limitada por el acoplamiento de centralización y comunicación, y por lo tanto del rendimiento del mediador. Estos modelos de alto nivel facilitan el diseño del código y su distribución en máquinas paralelas mediante el uso de una estructura de tareas que pueden ser disociadas, lo cual mejora el rendimiento y consideran las simulaciones más pesado. Sin embargo, estos modelos están limitados a un número definido de tareas, ya sea por el diseño del modelo o por que se administra de forma centralizada las tareas. 40 CAPÍTULO 5 – TECNOLOGÍAS USADAS EN LA RV En un sistema de realidad virtual no inmersiva, los dispositivos de entrada necesarios pueden reducirse a un monitor y a un simple mouse, pero cuando se trata de un sistema inmersivo, las cosas se empiezan a complicar. Se debe disponer de sensores de posición para averiguar la dirección en la que el usuario está mirando y su posición relativa en el mundo virtual. Simultáneamente, el sistema puede estar recibiendo información de un guante de datos y procesándolo para mostrar una representación de la mano del usuario o cibernauta dentro del mundo virtual, lo que hace indispensable el uso de dispositivos que simulen los estímulos sensoriales que recibimos a diario. Por medio de cascos o gafas estereoscópicas podemos simular la visión tridimensional, y veremos el mundo a nuestro alrededor; mediante el uso de guantes podemos tomar y manipular los elementos del entorno, de una forma natural e intuitiva; y mediante el uso de otros dispositivos podemos oír y hasta sentir el entorno que nos rodea. En este documento no se pretende hacer un listado completo de todos los periféricos/dispositivos, ni elementos concretos de las tecnologías existentes, pero si se presenta las diferentes áreas tecnológicas que involucran la RV y en cada una de ellas se dan ejemplos de dispositivos o marcas comerciales concretas, la cual ilustrara la tecnología y/o su importancia histórica. Los dispositivos de entrada (Interacción), son utilizados por el usuario para indicar las acciones que quiere realizar en el mundo virtual, indicándole que desea desplazarse, caminar hacia algún sitio, cambiar el punto de vista, interactuar con algún objeto del mundo virtual. Según el grado de interacción del usuario en la RV, se clasifican en dispositivos de interacción primarios o secundarios. Dispositivos de interacción primarios: Guantes de datos, Joysticks 3D, Mouse 3D, trajes de datos, son aquellos que el usuario maneja a voluntad para llevar a cabo operaciones precisas en el mundo virtual, son conocidos también como dispositivos de control. Dispositivos de interacción secundarios: Posicionadores electromagnéticos ó emisores de ultrasonidos, asumen la tarea de enviar información al computador sobre aspectos del mundo físico sin que el usuario intervenga en ello. Son conocidos también como dispositivos de localización Los Dispositivos de salida (inmersión), proporcionan al usuario la sensación de estar dentro del mundo virtual creado por el computador, generando sensaciones para los sentidos humanos que simulan el entorno virtual. 41 Estado del Arte de la RV Generadores de imágenes: Cascos visores ó HMD, sistemas binoculares ó BOOMs, gafas estereoscópicas. Generadores de sonidos: Cascos auditivos para incrementar la sensación espacial, sonido tridimensional. Elementos para la manipulación táctil: Para apreciar densidades y pesos entre otras sensaciones, incluyen las sensaciones de fuerzas de realimentación. Estas características se usan en conjunto con elementos de control tipo: ratones, Joysticks, guantes, etc. Otros: Incluyen rampas, plataformas, vehículos. Los guantes de datos, traje de datos y parte de vestuarios son considerados dispositivos de E/S . En general estas tecnologías se caracterizan por el número de grados de libertad (DOF, degrees of freedom) que tiene y por las funciones que pueden realizar los usuarios con estos dispositivos, ejemplo, seis grados de libertad (6 DoF), se refiere al movimiento en un espacio tridimensional, es decir, la capacidad de moverse hacia: delante/atrás, arriba/abajo, izquierda/derecha. El movimiento a lo largo de cada uno de los ejes es independiente de los otros, y cada uno es independiente de la rotación sobre cualquiera de los ejes. Muchas de las tecnologías presentadas no son específicas de la realidad virtual, pero todas ellas se pueden utilizar en aplicaciones de Realidad Virtual, en el “Anexo 2 ‐ Cuadros comparativos de característica y precios de componentes relacionados a la RV”, se encuentran algunos cuadros comparativos de las características básicas de estos dispositivos, así como su precio. 5.1 Tecnología gráfica Los gráficos por computador son el área más antigua y tecnológicamente más avanzada. La tecnología gráfica, a la tecnología electrónica que hace posible generar los estímulos gráficos en el computador, tanto de tarjetas de gráficos 2D, como las aceleradoras 3D. Empezó a desarrollarse a partir de las necesidades de la visualización científica de datos y se ha beneficiado enormemente de la gran cantidad de investigación realizada en el ámbito de los gráficos por computador. El incremento en capacidad de cálculo de las CPU ha colaborado a su rapidísima reducción de precio y aumento de prestaciones, actualmente, un computador doméstico ó un vídeo consola, tienen capacidades gráficas que hace 5 años estaban disponibles solo a equipos de precios desorbitantes, y disponibles en empresas o laboratorios de gran tamaño. En las tarjetas de generación 2D las características principales son: Característica Detalle Llenado de píxeles o Cantidad de píxeles que la tarjeta puede pintar por segundo. Se mide en millones de píxeles por segundo: Mpixels/s. A mayor cantidad, mejor tarjeta. Píxel Fillrate Resolución Profundidad del color o Color Depth Cantidad de píxeles horizontales por píxeles verticales que puede mostrar en una pantalla. Se valora el hecho de que pueda llegar a resoluciones altas, pero entonces habrá más píxeles por llenar. Cantidad de bits que se utilizan para codificar el color de un píxel. Se espera que como mínimo se utilicen 16, pero lo normal es utilizar 24 y los sistemas más completos dan 32. Estas codificaciones dan 65.535 colores, 16.777.215 colores y 4.294.967.295 colores respectivamente. Tabla 4. Característica de las tarjetas gráficas 2D Las tarjetas aceleradoras 3D sirven para presentar escenarios de RV, juegos, para programas de diseño gráfico 3D, si se trabaja con programas tipo ʺOfficeʺ, no se obtendrán beneficios de estas tarjetas. Las tarjetas aceleradoras 3D mantienen las mismas características de las 2D, pero además poseen: 42 Estado del Arte de la RV Característica Polígonos por segundo (en realidad triángulos por segundo) Profundidad del Z‐buffer Memoria de texturas Filtrado bilineal o trilineal Antialiasing Detalle La forma en que se generan los gráficos en 3D, es a partir de polígonos. Estos polígonos, usualmente triángulos, se unen, colorean, texturizan, etc., para formar objetos complejos. Como más compleja sea una escena, más polígonos tendrá. Por esta razón es importante que se generen muchos polígonos por segundo. Actualmente, las aceleradoras 3D domésticas de bajo costo generan alrededor de 500.000 triángulos por segundo, mientras las tarjetas de alto rendimiento decenas de millones de triángulos por segundo. Los polígonos 3D se pintan mirando en cada píxel que lo componen, su profundidad en el entorno 3D con respecto al punto de vista. En otras palabras, se calcula la coordenada Z del píxel, esta coordenada Z se compara con la coordenada Z del píxel de pantalla donde iría pintado el píxel del polígono. Si la Z del píxel del polígono es menor que la del píxel de pantalla, entonces se pinta; caso contrario, no se pinta, quedando el mismo el color del pixel que había en pantalla. La precisión de esta comparación depende de la cantidad de bits utilizados para almacenar la coordenada Z de cada píxel de pantalla. Actualmente, es habitual que los Z‐buffers utilicen 24 bits por píxel. Esto hace referencia a la cantidad de memoria RAM que dispone la tarjeta para almacenar las texturas. Si la tarjeta aceleradora 3D, tiene más memoria, entonces menos deberá utilizar la RAM del computador y más rápido será. Es la forma en que se calcula el texturizado de los triángulos para que las texturas no produzcan el efecto de que flotan y tengan una apariencia más nítida. El filtrado trilineal es mucho más costoso en cálculos y tiempo que el bilineal Es el efecto de disimular los efectos de escalera ó dientes de sierra que se produce en las aristas ó líneas diagonales. Al ser un proceso costoso en cálculo y tiempo, y complejo de implementar en hardware, no todas las tarjetas lo ofrecen. Hay que distinguir entre antialiasing de líneas, de aristas y de pantalla completa. Cada tipo es más complejo y más completo respectivamente. Tabla 5. Característica de las tarjetas gráficas 3D Las marcas históricamente importantes de las tarjetas gráficas son: Silicon Graphics International13 (antes SiliconGraphics, Inc.): Fue una de las primeras marcas especializadas en gráficos 3D y lideró el mercado de forma importante, actualmente ya no es diseñador de hardware gráfico especializado, pero sigue siendo un fabricante a partir de componentes de otras marcas importantes. Adquirida por la empresa Rackable en el 2009. Evans & Sutherland Computer Corporation 14 : La empresa del pionero Ivan Sutherland, es una de las más antiguas y aún sigue aportando importantes productos e innovaciones, como productos de visualización y de cúpulas tipo domo. Su negocio de simulación, lo vendió en el 2006 a la empresa Rockwell Collins. NVIDIA15: Líder en el campo de la visualización computacional, inventó la GPU en 1999. La compañía es propietaria de más de 2300 patentes en todo el mundo, algunas de las cuales proporcionan diseños y conceptos esenciales para la informática actual. Los tres tipo de tarjetas que ofrece son: Geforce GTX (lo mejor en GPUʹs de NVIDIA en la actualidad), Geforce GTS Y GT (alto rendimiento para vídeos y fotos HD, realismo del Empresa SGI: http://www.sgi.com/ Empresa Evans & Sutherland: http://www.es.com/ 15 Empresa de nVidia: www.nvidia.es/object/who‐are‐nvidia‐es.html 13 14 43 Estado del Arte de la RV cine en 3D y gráficos de alta resolución para los juegos de última generación), y Geforce (acelera aplicaciones y juegos). AMD 16 , Advanced Micro Devices Inc. ó AMD, multinacional estadounidense de semiconductores, con sede en Sunnyvale, California, desarrolla procesadores y tecnologías relacionadas a gráficos. Después de adquirir a la empresa fabricante de procesador de gráficos ATI Technologies en el 2007, AMD formó el Grupo de Productos Gráficos AMD y la reestructuración de algunas de sus líneas de productos combinados. Los siguientes son procesadores gráficos y tecnologías por parte de AMD: Radeon y Mobility Radeon para móviles. FirePro procesador de gráficos para estaciones de trabajo fundamentado en la serie Radeon, tiene éxito las series FireGL y FireMV. FireStream procesador de flujo diseñado para utilizar el procesamiento de flujo / GPGPU (Graphics Processing Units de uso general) Eyefinity, permite hasta 6 monitores conectados a una tarjeta de sonido envolvente para permitir la vista de pantallas panorámicas. EyeSpeed, permite experimentar los juegos con acciones y reacciones de la vida cotidiana. características como los efectos físicos, inteligencia artificial (IA), y mucho más. 3DFX INTERACTIVE17 fue una compañía que se especializa en la fabricación tarjetas de gráficas 3D. Fue pionera en el campo durante la década de 1990 hasta el año 2000, hasta el 15 de octubre de 2002 que se declaró en quiebra, su sede estaba en San José, California, muchos de sus activos de propiedad intelectual fueron adquiridos por su rival, Nvidia. 5.2 Sistemas de posicionamiento espacial 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, la inclinación, al desplazar la cabeza ó para la localización de las distintas partes del cuerpo. Están presentes en todos los sistemas de realidad virtual, dan información al computador sobre la posición y orientación del usuario (o alguna parte específica del cuerpo: mano, cabeza, etc.). Se pueden destacar varias características comunes a todos ellos: Característica genéricas Detalle Si el sistema está pensado para trabajar en el plano (2D) o en el espacio 3D. Dimensión Conexión al Esto a si se conectan mediante un cable, o bien si disponen de algún sistema inalámbrico. computador Grados de libertad Cuantos tipos posibles de medidas puede realizar el sistema dentro de su dimensión. Cuando se trabaja en el espacio 3D, se tienen tres grados de libertad para las TRASLACIONES (X, Y, y Z; (horizontal, vertical y profundidad), y tres para las ROTACIONES (respecto al eje X, al Y, y al Z; o pitch, yaw y roll). 16 17 Empresa AMD: www.amd.com/us/products/desktop/graphics/Pages/desktop‐graphics.aspx Página Web de 3DFX Interactive actualmente: www.geforce.com/ 44 Estado del Arte de la RV Característica genéricas Detalle Ejemplo, en el plano se pueden medir los desplazamientos en X y en Y (horizontal y vertical), esto se dice que son 2 DOF (dos grados de libertad) de traslación. También se puede medir el ángulo de rotación respecto de un punto, y por lo tanto se dice que es un grado de libertad. Un sistema 3D que pueda medir posición y orientación, será un sistema con seis grados de libertad (6 DOF). También se consideran grados de libertad la posibilidad de pulsar un botón, o girar un potenciómetro. Número de medidas por unidad de tiempo que el sistema de seguimiento proporciona al computador. Si las medidas que realiza el sistema, son medidas de incremento ó decremento respecto a las anteriores (medidas relativas) o si son medidas que hacen referencia a un sistema coordenadas físicas prefijadas (medidas absolutas). No es que un sistema sea mejor que otro, simplemente hay aplicaciones en las que uno resulta más conveniente que otro. Tiempo transcurrido entre que se produce un cambio en la posición y/o orientación del objeto y el momento en que se informa al motor de realidad virtual de este cambio. Si este tiempo es lo suficientemente pequeño, no será perceptible para el usuario. A menor retardo mejor es el sistema. Diferencia entre la posición real del objeto y la que proporciona el sistema de seguimiento. Magnitud del mínimo cambio detectable por el sistema de seguimiento. Precisión con que un sistema de medición absoluta puede volver a detectar la misma posición u orientación. Número de medida que proporciona el tracker cuando el objeto se encuentra en reposo. Fenómenos o elementos que puedan causar interferencias en las mediciones. Por ejemplo, los sistemas de ultrasonidos pueden ser interferidos por el golpeteo de las llaves en un llavero, ya que el choque entre metal genera altas frecuencias. Variaciones en las medidas de la posición del objeto cuando este se encuentra quieto. Tasa de medida Medición relativa o absoluta Latencia ó Lag ó delay (retardo de respuesta) Precisión Resolución Repetitividad medición. Interferencias Ruido de Tabla 6. Características de los sistemas de posicionamiento espacial Los sistemas de posicionamiento más sencillos son los ratones y Joystick, 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 TrackBall permiten el desplazamiento tridimensional de manera más eficiente. Para poder controlar el movimiento es necesario colocar rastreadores (trackers) en las distintas partes del cuerpo. Estos rastreadores pueden ser mecánicos, ultrasónicos, ópticos ó magnéticos y permiten conocer la posición tridimensional y la orientación (seis grados de libertad) definiendo exactamente la posición en el espacio. 45 Estado del Arte de la RV Figura 16. Sensores de posición del movimiento A los sistemas de posicionamiento espacial los podemos clasificar en: Sistemas manuales ó de sobremesa: o Ratones 2D, Joysticks estándares, Ratones 3D y Sistemas robóticos. Sistemas de medio y largo alcance: o Sensores de posición y/o orientación por ultrasonido o Sensores de posición y/o orientación por cámaras de vídeo o Sensores de posición y/o orientación por campo magnético o Sensores de posición y/o orientación por giróscopos o Sensores de posición y/o orientación usando ultrasonido o Sensores orientación por cápsulas de mercurio o Sensores orientación por acelerómetro o Sensores de posición y/o orientación óptico o Sensores de posición y/o orientación Mixtos 5.2.1 Sist. posic. espacial: Sistemas manuales o de sobremesa Son sistemas que mediante algún sistema controlado por la mano permiten dar órdenes a la aplicación, en general, se fundamentan en sistemas tipo ratón o tipo joysticks con mayor ó menor grado de sofisticación. Estos sistemas son usualmente del tipo de rastreadores mecánicos, ya que están fundamentados en una conexión física entre el objetivo del seguimiento y un punto fijo. El objeto al cual queremos medir su posición y orientación se encuentra en el extremo de un brazo articulado, estos sistemas proporcionan una latencia muy pequeña, pero tienen el inconveniente de la limitada movilidad, que los hace menos manejables. Sistema Nombre y Figura Detalle Ratones 2D Joysticks estándares Todos los ratones estándar son sistemas de posicionamiento espacial de dos grados de libertad 2 DOF (miden las traslaciones en el plano), más los grados de libertad de sus botones (según modelo entre 1 y 3). Todos son de medición relativa y su precisión es bastante baja. Todos los joysticks estándar son sistemas de posicionamiento espacial de dos grados de libertad (miden las traslaciones en el plano), más los grados de libertad de sus botones (según modelo). Algunos miden la rotación en el plano y por lo tanto tienen un grado de libertad más. Todos son de medición relativa y su precisión es bastante baja. 46 Estado del Arte de la RV Sistema Nombre y Figura TrackBall, Axsoticʹs 3D‐ Spheric‐Mouse Ratón 3D Spaceball, SpacePilot Pro Ratón 3D Magellan Detalle Sistemas de medición relativa, se puede manipular las tres dimensiones al mismo tiempo, Permite que la bola se mueve dentro y fuera, así como arriba y abajo, que luego se traduce en cambios en la pantalla en las coordenadas X y Y, el eje Z es atendidos a través de la rotación de la bola suspendida. Sistemas de medición relativa, esfera fundamentada en sensores de tensión y torsión. Los mouse modernos incluso incluyen pantalla LCD, para leer correo electrónico y más. Sistemas de medición relativa, cilindro fundamentado en sistema óptico. Ratón 3D Logitech 3D Mouse Sistemas de medición relativa, ratón aéreo fundamentado en sistema de ultrasonido. Ratón 3D Digitalizadores 3D18 Sistemas de medición relativa, son sistemas de tipo brazo robótico ó joystick modificado, con diversos grados de libertad, algunos con medición relativa y algunos con medición absoluta. Por lo general van asociados a los sistemas de Force Feedback. Sistemas robóticos Logitech G27 Racing Wheel Sistemas de medición relativa, sonido y sensaciones se transmite como respuesta del volante en el sistema. Este modelo incluye luces LED, que dan información e indicaciones durante su uso. Volantes y Pedales19 Logitech Dual Action Dispositivos de interfaz humana (HID), de medición relativa, alta relación señal‐ruido, con sensores de movimiento repentino Mandos de Juego (Game Pads20) Tabla 7. Sistema de posicionamiento manual o de sobremesa www.tecnun.es www.logitech.com 20 http://store.gameshark.com/ 18 19 47 Estado del Arte de la RV 5.2.2 Sist. posic. espacial: Sistemas de medio y largo alcance Estos sensores con diversos grados de libertad pueden ser adaptados a diversas partes del cuerpo del usuario ó a objetos físicos con los que el usuario interactúe. De este modo, los sensores detectan y proveen datos de entrada a la aplicación, los cuales son mapeados en acciones directas sobre la experiencia. Como habíamos mencionado a los sistemas de medio y largo alcance se los clasifica en sensores de posición y/o orientación por: ultrasonido, cámaras de vídeo, campo magnético, giróscopos, led’s (infrarrojos), cápsulas de mercurio, acelerómetro, y óptico. Y es así como lo analizaremos. 5.2.2.1 Sistemas de MyL alcance ‐ Sensores de posición y/o orientación por ultrasonido Usan ultrasonido derivado de un transmisor fijo para determinar la posición y orientación del dispositivo receptor. Funcionan libres de roces mecánicos y que detectan objetos a distancias de hasta 8m. El sensor emite un sonido y computa el tiempo que la señal demora en regresar. El sensor recibe el eco producido y lo convierte en señales eléctricas, las cuales son calculadas en el dispositivo de valoración. Los sensores trabajan solamente en el aire, pueden detectar objetos con diferentes colores, formas, superficies y materiales. Los materiales pueden ser sólidos, líquidos o polvorientos. Los sensores valoran la distancia temporal entre el impulso de emisión y el impulso del eco. Existen ventajas y algunos problemas en este tipo de sensores, como no necesitan el contacto físico con el objeto ofrece la posibilidad de detectar objetos frágiles, como pintura fresca, además detecta cualquier material, independientemente del color, al mismo alcance, sin ajuste ni factor de corrección. Los sensores ultrasónicos tienen una función de aprendizaje para definir el campo de detección, con un alcance mínimo y máximo de precisión de 6 mm. El problema que presentan estos dispositivos son las zonas ciegas y las falsas alarmas. La zona ciega es la zona comprendida entre el lado sensible del detector y el alcance mínimo en el que ningún objeto puede detectarse de forma fiable. Al igual que los sensores magnéticos, se pueden ver afectados por la interferencia de otros sistemas que utilicen ultrasonido. Además, suelen proporcionar un ratio de actualización bastante baja. Figura 17. Tracker ultrasónico de Logitech Fuente: Web de SABIA (Sistemas Adaptativos y Bioinspirados en Inteligencia Artificial), Universidad de Coruña 48 Estado del Arte de la RV 5.2.2.2 Sistemas de MyL alcance ‐ Sensores de posición y/o orientación por cámaras de vídeo Existen diversos subtipos, la forma general como trabajan es que una o varias cámaras de vídeo captan las imágenes del usuario u objeto a detectar, y mediante complejos algoritmos pueden calcular la posición de extremidades, cabeza, etc. Tiene la ventaja de ser totalmente inalámbricos. Existen los sistemas que captan la posición en 2D como el sistema diseñado por Myron Krueger, utilizan una cámara frontal al usuario que capta la imagen del mismo; el sistema extrae la silueta del usuario respecto del fondo e intenta deducir la posición de pies, manos y cabeza. Figura 18. Cabina de captura (Izq.), Usuario insertado en el juego (Der.) Fuente: Mándala de Vivid Group, Canadá Otros sistemas, que calculan posiciones en 3D, se basan en poner unos marcadores sobre el cuerpo del usuario ó sobre los objetos a detectar; estos marcadores pueden ser pequeñas esferas fosforescentes, etiquetas de colores vivos o pequeñas luces, unas cámaras situadas alrededor del área de detección captan las imágenes de los marcadores. La cantidad de cámaras puede variar desde 3 ó 4 hasta más de 20, se utilizan muchas cámaras con el fin de reducir al máximo posible las ocultaciones de los marcadores, generando suficiente redundancia de medidas para tener un cálculo fiable de la posición de cada marcador. La orientación se calcula a partir de dos ó más marcadores según sus posiciones relativas. Figura 19. Usuario con marcadores de posicionamiento Fuente: Vicon8i de la empresa Vicon 49 Estado del Arte de la RV 5.2.2.3 Sistemas de MyL alcance ‐ Sensores de posición y/o orientación por campo magnético Los sensores miden los campos magnéticos generados por un transmisor fijo para averiguar la posición de un objeto receptor. Hacen uso de la triangulación, empleando emisores y un número variable de receptores. Usualmente proveen tiempos de latencia bajos, pero como contrapartida, son sensibles al verse interferidos por cualquier objeto que pueda crear un campo magnético. Existen dos tipos básicos: los fundamentados en el campo magnético de la tierra y los fundamentados en un campo generado propio. Fundamentados en el Campo magnético de la tierra Son los más simples, pero también son imprecisos, funcionan sobre el mismo principio que una brújula, la cual se orienta hacia el norte. Son sensores de un solo grado de libertad (1 DoF), ya que únicamente determinan la rotación en el plano horizontal, no obstante son muy útiles para detectar rotaciones que no requieren de gran precisión y son muy económicos. Estos sistemas son de medida absoluta. Fundamentados en Generadores de campo magnético propio Se basan en unos pequeños receptores formados por tres bobinas de cobre situadas perpendicularmente unas de otras. El receptor se puede colocar en cualquier parte del cuerpo u objeto, cuando el receptor se mueve dentro del campo magnético, este induce una corriente eléctrica de distinta intensidad en cada una de las bobinas, dependiendo de cómo este orientadas respecto al campo magnético, a partir de estas intensidades y mediante algoritmos matemáticos se puede determinar la orientación y posición del receptor con respecto al emisor. El alcance del campo varía según modelo, pero va desde una esfera de 100cm de diámetro hasta un espacio de 20x20x10 metros aproximadamente. Estos sistemas son de medida absoluta, aunque se les puede hacer trabajar en modo relativo. Los sistemas más conocidos por antigüedad, fiabilidad y precisión son los de la empresa Ascensión21 y los de la empresa Polhemus22 (empresa pionera de este campo). Figura 20. Ascensión 3D Orientación TrakStar (Izq.). Polhemus Fastrack (Der.) Fuente: Empresa Ascension Fuente: Empresa Polhemus 21 22 Web de la empresa Ascencion: www.ascension‐tech.com/ Web de la empresa Polhemus: http://www.polhemus.com/ 50 Estado del Arte de la RV Estos sistemas tienen una buena precisión y un retardo de respuesta tolerable, existen diversas opciones inalámbricas. 5.2.2.4 Sistemas de MyL alcance ‐ Sensores de posición y/o orientación por giróscopos Los 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. Estos sistemas se fundamentan en la propiedad física llamada “efecto giroscópico” que hace que un cuerpo que gira a alta velocidad tiende a mantenerse estable sobre el plano en el que gira, esto permite que cualquier cambio en el plano de giro se pueda detectar y de esta forma obtener los cambios de posición y orientación. Estos sensores son bastante precisos, muy rápidos, y muestran muy poco retardo; sin embargo tienden a descalibrarse, por lo que incluyen un subsistema por ultrasonidos que los recalibra cada cierto tiempo. Los más destacados en esta tecnología son los sistemas de la empresa Intersense23. Figura 21. Modelos de giroscopio Fuente: Web 4.bp.blogspot.com El IGS‐190 es un sistema de captura de movimiento muy realista, este periférico requiere poca calibración, ofrece datos ultra limpios, posee dieciocho pequeños sensores inerciales o giroscopios anexo al traje flexible de lycra, lo que permiten una precisión superior y la estabilidad de los datos de movimiento, este dispositivo viene junto al software Gypsy, perfeccionado a lo largo de 8 años de desarrollo. Figura 22. Traje Animazoo IGS‐190‐M (antes GypsyGyro‐18) Fuente: Empresa Inition Actualmente los giroscopios junto a los acelerómetros también vienen instalados en iPhone, IPAD y Wii. 23 Web de la empresa Intersence: http://www.intersense.com/ 51 Estado del Arte de la RV 5.2.2.5 Sistemas de MyL alcance ‐ Sensores de posición y/o orientación usando ultrasonido 24 Usado al igual que los anteriores para la estimación de distancia, se tiene un receptor que emite un pulso de ultrasonido que rebota sobre un determinado objeto y la reflexión de ese pulso es detectada por un receptor de ultrasonidos. La mayoría de los sensores de ultrasonido de bajo coste se basan en la emisión de un pulso de ultrasonido cuyo lóbulo, o campo de acción, es de forma cónica. Midiendo el tiempo que transcurre entre la emisión del sonido y la percepción del eco se puede establecer la distancia a la que se encuentra el obstáculo que ha producido la reflexión de la onda sonora. Figura 23. Funcionamiento básico de los sensores de ultrasonido Fuente: Web de Alcabot Tiene algunos problemas por múltiples retornos, baja direccionalidad, la atenuación del medio depende de la frecuencia, la temperatura y la humedad; ruidos por otras fuentes de emisión, reflejos de superficies especulares y difusa en este caso la dirección del reflejo depende del ángulo de incidencia, cuanto menor sea el ángulo, mayor es la probabilidad de perderse y producir falsas medidas de gran longitud. La empresa SIEMENS ha desarrollado y comercializa la Serie Bero (Simatic Pxs100 y Simatic Pxs800). Un equipo de investigadores dirigido por el profesor Takayuki Iwamoto, de la Universidad de Tokio en Japón, ha desarrollado el “Airborne Ultrasound Tactile Display” que fue presentado en el Siggraph 25 2008, este irradia ondas de ultrasonido por el aire, producidas por múltiples transductores de ultrasonido fundamentados en técnicas de síntesis de ondas, con dichas ondas se forman campos de presión de alta‐fidelidad, que pueden enfocarse directamente sobre la piel sin riesgo de atravesarla. De esta forma, el usuario puede tocar el mundo virtual implementado moviendo la mano en el espacio. El aparato emisor se lo acopla a una cámara que descifra la posición de la mano y dirige el desplazamiento de dicho punto, provocando la sensación a los usuarios de estar tocando una superficie plana ó el borde de un cubo. En la pantalla se presenta la imagen virtual correspondiente que completa la ilusión. 24 Takayuki Iwamoto, Mari Tatezono, and Hiroyuki Shinoda, http://www.alab.t.u‐tokyo.ac.jp/~siggraph/08/ Tactile/EuroHaptics08.pdf 25 SIGGRAP: Special Interest Group on GRAPHics and Interactive Techniques 52 Estado del Arte de la RV Figura 24. Airborne Ultrasound Tactile Display Fuente: Dep. de Física de la Información y Computación, Universidad de Tokio El dispositivo utiliza uno de los fenómenos no lineales del ultrasonido “la presión de la radiación acústica”. Cuenta con 91 emisores de ultrasonido, y actualmente sólo funciona en un plano vertical. El campo de fuerza creado por una onda ultrasónica de 1 kHz de ancho de banda, ocupa una región espacial de 30 cm³, con una resolución de un centímetro. En volumen, estas ondas producirían sobre la mano una fuerza equivalente a una masa de 10 gramos. Figura 25. Conjunto de transductores de ultrasonidos en el aire Fuente: Dep. de Física de la Información y Computación, Universidad de Tokio Las aplicaciones de este dispositivo, pueden ser numerosas, desde presentaciones táctiles interactivas, posibilidad de que los usuarios manipulen directamente los elementos de un gráfico en tres dimensiones, desarrollo de representaciones de objetos tridimensionales que se puedan sentir con las manos, y la de los videojuegos. 5.2.2.6 Sistemas de MyL alcance ‐ Sensores de orientación por cápsulas de mercurio Este tipo de sensores tienen una precisión muy baja y unos usos muy limitados pero son realmente muy económicos y por lo tanto muy accesibles. Se basan en una cápsula de vidrio que contiene mercurio, unos cátodos en los extremos detectan el desplazamiento del mercurio al rotar la cápsula, por el cambio de conductividad. Sólo tienen un grado de libertad ya que tan solo detectan la rotación en un eje. Además tienen un rango de rotación muy limitado que va de –45° a +45°. Habitualmente se combinan con los sensores magnéticos basados en el campo magnético de la tierra, para obtener un sistema de tres grados de libertad en rotaciones de muy bajo coste. 53 Estado del Arte de la RV Figura 26. Sensor de mercurio Fuente: Web del grupo Genius 5.2.2.7 Sistemas de MyL alcance ‐ Sensores de orientación por acelerómetro El acelerómetro es una pieza de hardware que detecta el movimiento o el giro, presenta la posición actual del dispositivo en coordenadas 3D (vector x, y, z). La mayoría de los dispositivos de hoy en día vienen con un acelerómetro que detecta la orientación del dispositivo o los movimientos que hace el usuario. Es capaz de responder con una señal eléctrica ante una perturbación inducida por la aplicación de una fuerza ó de la gravedad. Este tipo de sensor viene en las tablets, los smartphones para detectar si están orientados de forma horizontal o vertical o ejecutar determinada acción. El usuario de un dispositivo, puede modificar la orientación del dispositivo, el cual puede cambiar la dirección de visualización de la pantalla entre vertical u horizontal para una aplicación del dispositivo. Figura 27. Acelerómetro de la empresa Crossbow Technology Fuente: Web de Crossbow Technology 5.2.2.8 Sistemas de MyL alcance ‐ Sensores de posición y/o orientación ópticos Son sistemas de rastreo en tiempo real, existen diversos sistemas de seguimiento óptico, podemos mencionar el Sistema ARTTRACK, desarrollado en 1999 y actualizado periódicamente, especialmente diseñado para rastreo de grandes volúmenes, rápido y fácil de calibrar, medición con alta precisión 6DoF, robusto frente a interferencias magnéticas, eléctricas y acústicas, con soporte de la tecnología inalámbrica objetivos activos y pasivos, sincronización externa, por ejemplo, con gafas de obturación. Estos sistemas funcionan bien en combinación con Capture Flystick, Fingertracking y Movimient. Figura 28. Sistemas Arttrack, TrackPack y Smarttrack Fuente: Empresa Inition 54 Estado del Arte de la RV También se usa el Sistema TrackPack para volúmenes de rastreo de tamaño mediano, es ideal para el seguimiento de cabeza y entornos de proyección multi‐cara (máx. 3m x 3m x 2m), o frente a una pantalla de proyección de mediano tamaño (hasta 4,5 m de ancho), El Sistema SmartTrack es otra solución plug & play para seguimiento de pequeños volúmenes (aproximadamente 2 m³). Estos sistemas van unidos a los sistemas de captura óptica como los OptiTrack de alta resolución S250e, con cuatro años en el mercado, equipado con conectividad Ethernet, unido a software como Arena, que permite la interacción de estos tres componentes Figura 29. Sistemas Optitrack y la configuración de ubicación óptima Fuente: Empresa Inition 5.2.2.9 Sensores de posición y/o orientación mixtos (acelerómetro, giroscopios, magnetómetros, cámara de vídeo) Existen rastreadores inerciales que usan las propiedades físicas asociadas al movimiento para detectar la aceleración (acelerómetros de 3 ejes que calculan el vector aceleración) y la rotación de los objetos (giroscopios de 3 ejes) y así conocer su posición y orientación. Hay una variedad de rastreadores inerciales que utiliza también magnetómetros para medir el campo magnético terrestre, y reúne la información de los 3 dispositivos para calcular la posición del objeto con mayor exactitud. Este tipo de sistemas de rastreo son independientes, no necesitan ningún tipo de fuente o referencia externa para funcionar, pueden crearse rastreadores inerciales muy pequeños usando técnicas de fabricación de semiconductores, lo cual es otra ventaja añadida. Su baja latencia es un factor que los hace muy útiles, normalmente inferior a los 2 ms. Existe otro tipos de rastreador que mezcla cámara de vídeo con LEDʹs infrarrojos, se sirven de la luz para conocer la orientación y posición del objeto, proporcionan un mayor ratio de actualización y menor latencia. El emisor suele consistir en una serie de LEDʹs infrarrojos y los sensores son cámaras repartidas por el entorno que detectan infrarrojos. Pueden verse afectados por la luz ambiental u otra radiación infrarroja, requiere que haya suficiente luz y cámaras alrededor del escenario donde se encuentra el objeto a seguir. Figura 30. Consola y mando del Wii Fuente: Web de oficial de Nintendo 55 Estado del Arte de la RV Este tipo de seguimiento es el que emplea por ejemplo la videoconsola Wii, producida por Nintendo y estrenada en el 2006, sucesora directa de Nintendo GameCube, la cual compite principalmente con los sistemas Xbox 360 de Microsoft y PlayStation 3 de Sony. En la Wii, el mando está dotado de una cámara para captar la radiación infrarroja enviada por los diez LEDʹs que se encuentran en la consola. Así, mediante triangulación es posible obtener la posición y rotación del mando. La Consola Wii, funciona gracias a un acelerómetro multieje. El Wii MotionPlus, un accesorio para este mando contiene un giroscopio multieje para mejorar el seguimiento, principalmente la orientación del objeto (en este caso el usuario). 5.2.2.10 Sistemas de MyL alcance ‐ Aplicaciones en rastreadores de posición absoluta tridimensional 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. Se pueden utilizar todo tipo de marcadores de los utilizados en estudios de biomecánica, para captar el movimiento humano. Los marcadores pasivos, no emiten su propia señal sino que son, por ejemplo, simples reflectantes adhesivos que marcan un punto porque reflejan la luz (infrarroja) que capta una cámara. Figura 31. Rastreadores de Posición Absoluta tridimensional Fuente: Web del CVLAB, de la Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne 56 Estado del Arte de la RV Los marcadores activos, emiten sus propias señales de posición que captan los sensores que se sitúan alrededor. Así por ejemplo el sistema CodaMotion26 necesita que el usuario lleve unos emisores y se necesita colocar alrededor unas torres que reciban las señales que emiten. Si algo se interpone entre el emisor y esa torre receptora se deja de conocer la posición del emisor y de la parte del cuerpo sobre el que está adherido. 5.3 Sistemas de visualización Existen varios sistemas de visualización, donde los dispositivos de proyección y pantallas participan, cada uno es apropiado para un determinado uso, en todos ellos la capacidad de proyección estereoscópica está presente. Es la proyección estereoscópica la que proporciona la experiencia de inmersión, facilitando la percepción de los entornos en los objetos 3D y los volúmenes; con esto, el usuario se encuentra inmerso en el interior del entorno, con la sensación de que forma parte del modelo de simulación (T‐Systems International GmbH. 2009). Las lentes de los ojos proyectan dos imágenes ligeramente diferentes en las retinas, las cuales son transformadas por el cerebro a una representación espacial. Si tenemos una imagen, una fotografía, un dibujo, etc. sobre papel ó film no nos proporciona una percepción tridimensional real, es simplemente una imagen plana, esto es debido a que solamente es tomada como si la viéramos con un solo ojo. La ilusión de profundidad en una fotografía, la película, u otra imagen bidimensional es creada presentando una imagen ligeramente diferente a cada ojo. Los Sistemas de visualización no son los sistemas generadores de imágenes, sino los sistemas mediante los cuales se pueden presentar y experimentar los estímulos visuales generados por las tarjetas gráficas. La utilización de estos sistemas depende enormemente del tipo de aplicación, pero en todo caso son utilizados por los usuarios para poder experimentar los estímulos visuales de las aplicaciones de RV. Las características globales de los sistemas de Visualización son asilamiento del usuario y número de usuarios: Aislamiento del usuario: Grado de aislamiento respecto al entorno físico inmediato del usuario que provoca la configuración, estructura y utilización de estos sistemas. Número de usuarios: Pueden ser sistemas monousuario o multiusuarios dependiendo del número de participantes, los métodos que permiten mostrar imágenes 3D a un número de personas de manera simultánea, se parecen mucho; siempre hay un par de proyectores, uno para cada una de las dos imágenes, junto a un par de gafas que realizan la separación y traen cada imagen al ojo que le corresponde En los sistemas de visualización tres tipos de elementos ópticos se usan (espejos, lentes y prismas) y combinados, estos sistemas son muy diversos y cada uno tiene unas características muy distintas a los demás, entre los principales tipos tenemos: monitor, proyección, Cyberscope, gafas de cristal líquido ó LCD, Sistemas tipo mesa de trabajo o de dibujo, Cascos de visualización, Sistemas Boom, Sistemas CAVE y Sistemas tipo domo o cúpula. 26 Web del Sistema Codamotion: http://www.codamotion.com/ 57 Estado del Arte de la RV 5.3.1 Monitores La utilización de un monitor en aplicaciones de RV es lo que da lugar a la variante llamada RV de Sobremesa o Desktop VR. A este tipo de sistema no se le puede llamar multiusuario, aunque no es estrictamente monousuario. Se han desarrollando prototipos de monitores que no precisan gafas especiales para su visualización, todos ellos emplean variantes del sistema lenticular, es decir, microlentes dispuestos paralelamente y verticalmente sobre la pantalla del monitor, los cuales generan una cierta desviación a partir de dos o más imágenes (usualmente de 2 a 8). Algunas marcas como Philips, emplean el sistema de mapa de profundidad en estos monitores. Figura 32. Modelos de Monitores de Dimensión Technologies Inc. Algunas marcas como Dimensión Technologies Inc.27, SeeReal Technologies28, y Tridelity29 están trabajando y fabricando monitores con este tipo de tecnología desde hace algunos años. 5.3.2 Proyección Los proyectores para sistemas informáticos cada vez son más accesibles y resultan un excelente sistema multiusuario para experiencias de realidad virtual tipo instalación o para grandes auditorios. En este tipo de sistemas habitualmente sólo un usuario es quien dirige y puede interactuar, aunque hay ciertas excepciones. Los proyectores pueden usar diferentes tecnologías, aunque en la actualidad existen dos tecnologías liderando el mercado: LCD y DLP. LCD ‐ Liquid crystal display: Es un sistema eléctrico de proyección de imágenes formado por dos capas conductoras transparentes y en medio un material especial cristalino (cristal líquido) que tiene la capacidad de orientar la luz a su paso. Un sistema LCD está formado por dos filtros polarizados colocados perpendicularmente, para lograr el color se deben aplicar tres filtros para cada color básico: rojo, verde y azul, y para las tonalidades se aplican distintos niveles de brillo entre luz y no luz. DLP – Digital light processing: Usa un semiconductor óptico para manipular la luz digitalmente, usa un semiconductor óptico denominado DMD (Digital Micromirror Device), o chip DLP, creado por la empresa Texas Instruments. Este chip contiene un arreglo rectangular de hasta 2 millones de espejos microscópicos, cada uno mide menos que un cabello humano. Cuando un chip DLP se coordina con una señal digital de video, una fuente de luz, y un lente de proyección, sus espejos pueden reflejar una imagen digital en Web de empresa Dimensión Technologies Inc: http://www.dti3d.com/ Web de empresa SeeReal Technologies: http://www.dresden3d.com/ 29 Web de empresa Tridelity: http://www.tridelity.com 27 28 58 Estado del Arte de la RV una pantalla o sobre cualquier otra superficie. Los micro espejos del chip son montados en pequeñas bisagras que les permiten inclinarse hacia la luz o alejarse de la misma, creando píxeles oscuros o claros en la superficie de proyección; de esta manera se pueden generar imágenes en escala de grises. La luz blanca generada por la fuente de luz en el sistema de proyección pasa por una rueda de color. La rueda filtra la luz en rojo, azul y verde, con un sistema de proyección de un solo chip puede generar al menos 16.7 millones de colores. LCOS – Liquid crystal on silicon: Es una especie de combinación de LCD y DLP, consiste de Cristal líquido en una base de silicón, con una densidad de píxel muy alta. El número de píxeles es menos restringido que en LCD o DLP. La alta densidad de píxel se traduce en mayor definición. Los proyectores LCoS trabajan con una resolución mínima SXGA (1280x1024). La alta densidad de píxel también implica que no ocurre el efecto de pixelado. Es reconocido por la nitidez de sus imágenes, la estabilidad del color a largo plazo y su rendimiento uniforme. Figura 33. Proyector LCD (Izq.). DLP de único chip (Cen.). Chip LCOS (Der.) Las principales características de los proyectores LCD y DLP, son: Resolución: Similar a los monitores es la cantidad de píxeles horizontales y verticales del dispositivo. Frecuencia vertical: Velocidad con que se renueva la imagen, mientras más grande sea la frecuencia, menor será el parpadeo. Para realizar visualización estereoscópica con gafas de LCD el proyector debe tener una frecuencia mínima de 96Hz, aunque la óptima sería de 120Hz. Luminosidad: Intensidad de la imagen, se mide en ANSI Lumens. Actualmente las luminosidades van desde los 1000 lumens en proyectores sencillos a los 10.000 lumens en proyectores de altas prestaciones, siendo habitual encontrar 2.700 lumens en la gama media. Lente on axis o off axis: Se denomina sistema ON axis, si la imagen queda centrada respecto al eje de la lente. Se denomina sistema OFF axis, si la imagen queda descentrada hacia arriba respecto al eje. Hay situaciones o montajes en que es conveniente usar uno u otro sistema, no es que uno sea mejor que el otro. Figura 34. Sistema On Axis (Izq.) y Sistema Off Axis (Der.) 59 Estado del Arte de la RV Apertura de la lente o alternativamente ratio distancia de proyección: tamaño de imagen: Es la distancia para poder proyectar una imagen de cierto tamaño. Frecuentemente se da el ratio (o proporción) de la distancia con respecto al tamaño de la diagonal de la imagen. Una lente muy estándar tendía un ratio de 1’6:1, es decir, que para hacer una imagen de 1 metro de diagonal, se necesita una distancia de proyección de 1’6 metros. 5.3.2.1 Productos comerciales de proyección Entre las casas de fabricantes más populares se encuentran: Barco, DepthQ y More3d. Se discutirán las características en algunos ejemplos para cada proveedor. Barcoreality SIM 7QP HB30: Proyector LCD de gran desempeño con resolución de hasta UXGA (2048x1536). Ofrece compatibilidad con modelos anteriores, provee una salida de luz más estable y duradera. Ofrece alineamiento más rápido y un mantenimiento sencillo. Esto se logra con una opción CLO (Constant Light Output), que permite al usuario configurar ciertos niveles de brillantez que se mantienen en el tiempo. The DepthQ® HDs3D‐131: Proyector estereoscópico portátil, ofreciendo un contraste superior sincronización y diafonía (ghosting). Con 2700 ANSI lúmenes en modo 3D, provee una relación de contraste de 2100:1. Es compatible con la tecnología NVIDIA ® 3D Vision ® PRO, es liviano aprox. 3 Kg., ofrece proyección de estéreo 3D en tiempo real a 120 Hz. BarcoReality SIM 6 Ultra II DepthQ® HDs3D‐1 Figura 35. Productos comerciales de proyección Existen otros proyectores como lo de la empresa Christie32, de Reino Unido, con experiencia en la proyección de la película desde 1929 y de los sistemas de proyección profesional desde 1979. Christie ha instalado más de 100.000 soluciones de proyección en todo el mundo, con una gran variedad de tecnologías y soluciones para el cine, los entornos de gran audiencia, salas de control, sistemas 3D, realidad virtual, simulación, educación, medios de comunicación y el gobierno. Otro aspecto a tener en cuenta es la elección de la pantalla, las consideraciones son el tamaño, un gran ángulo de visión, el material y la calidad de la pantalla. Hay algunos otros factores como la luz emitida por los proyectores. (T‐Systems. 2009). Un proveedor de pantallas es la empresa Cyviz 33, la cual ofrece sistemas de pantallas como: Empresa Barco: http://www.barco.com/en/products‐solutions/projectors/simulation‐projectors Web de la empresa Depthq: http://www.depthq.com/specifications.html 32 Empresa Christie: http://www.christiedigital.co.uk/ 33 Web de la empresa Cyviz: http://www.cyviz.com/cyviz/public/openIndex?ARTICLE_ID=101 30 31 60 Estado del Arte de la RV Cyviz Bizwall Cyviz Vizwall Cyviz Clusterwall Cyviz 4K Para sala de reuniones a un nivel superior Pantalla clásica. Habilitado en modo 2D y 3D estéreo, flexible en cuanto a resolución y tamaño de imagen. Muro pantalla entrega 6 a 80 mpx en un despliegue sin fisuras. Quizás sea el mejor sistema actualmente. Cyviz en alianza con Sony ha creado una solución para entornos de colaboración en la plataforma de Sony 4K Figura 36. Pantallas para proyección de la empresa Cyviz 5.3.3 El Cyberscope Actualmente ya no se fabrican, pero es interesante conocer que esta máquina existió, es un sistema de espejos y prismas montados dentro una especie de pirámide truncada, la cual se adaptaba a un monitor normal para poder ver las imágenes en estereoscopía. La forma en que funcionaba era generando la imagen para cada ojo sobre el monitor, dividiéndolo en dos mitades. Los espejos y prismas del cyberscope corregían posición y orientación de las imágenes de forma que cada ojo viese sólo la que le correspondía. Así, el sistema visual del usuario hacía la fusión de ambas imágenes para percibir el efecto de profundidad por estereoscopía. Figura 37. Funcionamiento del Cyberscope 5.3.4 Gafas de Visualización 3D Cuando se visualiza algo se depende de los dos ojos, separados por una distancia media de 65 milímetros, cada ojo captura la misma imagen pero desde un ángulo diferente. El cerebro junta estos dos fotogramas en uno y genera visión en tres dimensiones, determinando la posición y la profundidad de los objetos. Las gafas 3D están diseñadas para ofrecer a nuestro cerebro una percepción similar, cada lente (derecha e izquierda) se encarga de filtrar uno de estos fotogramas para uno de los ojos. Lo consiguen gracias a su sincronización con la pantalla (gafas activas) o a su polarización (gafas pasivas). Las gafas 3D permiten la visualización estereoscópica, estas se clasifican en gafas: Estéreo pasiva Estéreo activa (Stereographics ó RealD) Estéreo entrelazado horizontal y vertical (SeeReal) 61 Estado del Arte de la RV Predomina la tecnología 3D con gafas activas, en los cines nos encontramos mayoritariamente gafas pasivas de polarización circular. Algunas salas utilizan gafas activas XpanD y también están los cines IMAX, con las gafas de Cristal líquido E3D. 5.3.4.1 Gafas 3D activas Estas gafas cierran alternativamente, oscureciendo la lente de cada uno de los ojos en sincronía con la pantalla, entre las principales tenemos: Gafas 3D activas ‐ Gafas de Obturación Las gafas de obturación ʺActive Shutterʺ o ʺShutter Glassesʺ, consisten en gafas con Cristal líquido o LCD, funcionan gracias a un sistema de micro batería recargable que proporciona la energía necesaria para oscurecer alternativamente cada lente, coordinado con el barrido de la imagen en estereoscopía el oscurecimiento no se percibe, lo que permite obtener la visión en profundidad. Figura 38. Gafas de estéreo activo 3D de Samsung Fuente: Web de [television3d.es] y Web [www.stereo3d.com/shutter.htm] Las gafas tienen en vez de lentes unas pantallas de Cristal líquido o LCD que pueden quedar totalmente translúcidas o totalmente opacas según sea necesario. Su funcionamiento se basa en que las imágenes presentadas en el monitor o en la proyección deben alternar las del ojo derecho y las del ojo izquierdo. Se puede proyectar solamente una imagen a la vez. Este sistema de proyección se llama multiplexaje temporal (field‐sequential) Figura 39. Obturador alternado Fuente: docteur‐chris.org Alternando las imágenes y las pantallas de las gafas 120 veces por segundo, el usuario no percibe ningún tipo de parpadeo y en cambio tiene la sensación de que está viendo las imágenes de forma simultánea con cada ojo. De esta forma su sistema de visión fusiona las dos imágenes y así percibe la sensación de profundidad por estereoscopía. Tarjetas gráficas con chipset Nvidia posibilitan incluir un módulo para estereoscopia lo que facilita la configuración. Las gafas más conocidas de este tipo, por ser las primeras que aparecieron, son la CrystalEyes de la empresa StereoGraphics Inc. Actualmente Samsung ha diseñado una tecnología integrada por un chip 3D, un panel con tecnología de refresco de 240 Hz y un sistema de gafas activas. La Web de la empresa Stereo 3D34, 34 Cuadro comparativo de gafas de obturación: 62 Estado del Arte de la RV ofrece una buena comparativa de las gafas de obturación existentes en la actualidad. Gafas 3D activas ‐ Gafas de Display (ʺDisplay glassesʺ) Paneles de LCD que proyectan por cada ojo las dos imágenes necesarias para producir el efecto 3D. No requieren ningún otro tipo de dispositivo de vídeo o televisión, ya que las imágenes se visualizan en las mismas lentes. 5.3.4.2 Gafas 3D pasivas No necesitan una fuente de energía para mostrar los contenidos en 3D porque tienen un filtro de colores o un filtro de luz polarizada. Con ellas no hace falta que el sistema de Proyección tenga una tasa de refresco doble; los dos fotogramas se muestran a la vez y los ojos recibirán cada uno el fotograma correspondiente, esto es debido al filtro de la lente. Gafas 3D pasivas ‐ Gafas con filtro de colores Las primeras gafas pasivas fueron las gafas anáglifo 35 formadas por dos lentes, de colores diferente. Por ejemplo, si se tuviéramos una imagen creada a partir del desplazamiento de una imagen azul (enfocada para el ojo izquierdo) y otra roja (enfocada para el ojo derecho), necesitaríamos unas gafas anáglifo con filtros de los mismos colores; para el ojo derecho la lente azul y para el izquierdo la lente roja. Figura 40. Funcionamiento de los Anáglifos Fuente: redesdeusuarios.mex.tl https://spreadsheets.google.com/spreadsheet/pub?hl=de&hl=de&key=0As7lvq24M2mrdExVaG4wTHpPTE1jTUNWaXVQd0tkYVE&o utput=html 35 Las imágenes de Anáglifo (anaglyph) son imágenes de 2D capaces de provocar un efecto tridimensional, cuando se ven con lentes especiales (lentes de color diferente, una para cada ojo para filtrar la luz), una imagen es bloqueada por un filtro, la otra por el otro filtro, el cerebro interpreta dos posiciones distintas. Los anáglifos tienen un desarrollo relativamente importante porque son muy fáciles de hacer, existe un grupo de Yahoo denominado “Anaglyphs” muy activo (104.436 mensajes en 2012 de los cuales muchos contienen imágenes de anáglifos). 63 Estado del Arte de la RV Podemos encontrar también gafas con otros colores, como rojo y verde o ámbar y azul. Anáglifos tradicionales Rojo‐cyan Sistema SpaceSpex ColorCode36 3‐D Sistema SpaceSpex de 3DTV El filtro azul es muy oscuro para una Corporation. Naranja‐Azul visión cómoda. Azul‐ámbar Figura 41. Sistemas de filtros de colores Empresas como Nokia, Sony, Boeing, Nasa, Toshiba, Toyota, Volvo, HP, emplean ColorCode 3D para ilustrar sus productos tridimensionalmente, en la actualidad se han vendido más de 167 millones de gafas ColorCode 3D, en el mundo. La visualización de este tipo de imágenes, presenta el problema de la alteración de los colores, pérdida de luminosidad y cansancio visual después del uso prolongado. Gafas 3D pasivas ‐ Gafas con filtro de luz polarizada La técnica de 3D Polarizada, no requiere cambiar los colores a la imagen, si no la polaridad, dos imágenes con distinto filtro de polarización se proyectan en pantalla, unos lentes con un filtro en cada ojo que coincide con el de la pantalla y tenemos las dos imágenes en el cerebro. No se necesitan dos proyectores, se puede proyectar las dos imágenes en el mismo multiplexado, mostrando una a la vez. Así un televisor de 240Hz puede mostrar 120fps de cada imagen, como el ojo percibe 24 fps, con 60 fps sobran y con 120 fps muestra excelentes escenas para deportes y acción. Figura 42. Gafas 3D polarizadas Fuente: docteur‐chris.org Fuente: Web de Wikipedia Hay de dos tipos de filtros, de polarización lineal y de polarización circular. Las de polarización lineal consisten en 2 proyectores (o un proyector especial a alta velocidad) que se ocupan de polarizar la luz en haces verticales y horizontales, cada ojo recibirá una imagen diferente que el cerebro interpretará como tridimensional, su desventaja es el limitado ángulo de visión al mover la cabeza perderemos la sensación 3D. Las gafas de polarización circular se pensaron para evitar los problemas de ángulo, se polariza la luz en modo circular (horario y antihorario). 36 http://www.colorcode3d.com 64 Estado del Arte de la RV Figura 43. Funcionamiento de gafas 3D polarizadas Fuente: Web de redesdeusuarios.mex.tl Se usa tanto en proyección de cine 3D como en monitores de computador mediante pantallas de polarización alternativa. Actualmente es el sistema más económico para una calidad de imagen aceptable. 5.3.5 Sistemas tipo mesa de trabajo o de dibujo Son combinaciones de periféricos para visión estereoscópica. Están formados por proyectores y pantallas de retroproyección dispuestos en forma de mesa de trabajo. Mediante unas gafas el usuario se ve inmerso en la escena. La idea es generar un espacio de trabajo para la visualización 3D de datos de una ó dos personas, aunque sólo una es la que manda en la interacción. Sistemas tipo mesa de trabajo ‐ Responsive Workbench37 El Responsive Workbench, es un espacio de trabajo interactivo 3D desarrollado originalmente por Wolfgang Krueger en GMD, en 1995, fue el primer sistema de este tipo de tecnologías que se desarrolló. Las imágenes estereoscópicas generadas por computador se proyectan sobre una superficie de mesa de visualización horizontal a través de un sistema de proyector y espejos. El usuario ve a través de unas gafas de obturación el efecto 3D, un sistema de seguimiento 6DOF realiza el seguimiento de la cabeza del usuario, de modo que el usuario ve el entorno virtual desde el punto de vista correcto. Guantes y lápiz pueden ser rastreados por el sistema y pueden utilizarse para interactuar con los objetos en el entorno de la sobremesa Debido a restricciones técnicas, tan solo se puede hacer la proyección correcta para un solo usuario y por eso sólo uno lleva sensor. Los otros usuarios deben permanecer lo 37 Web del proyecto de Responsive Workbench en Stanford: http://www‐graphics.stanford.edu/projects/RWB/ 65 Estado del Arte de la RV más cerca posible a este usuario principal para que su punto de vista coincida tanto como sea posible y así vean las imágenes correctamente. Figura 44. Sistemas de mesa de trabajo, Responsive Workbench La única restricción de este sistema es que sus aplicaciones están restringidas a datos que puedan ser vistos desde arriba, por ejemplo, maquetas arquitectónicas, aplicaciones de entrenamiento de cirugía con cuerpos virtuales, como si la mesa fuese la mesa de operaciones, etc. La gran ventaja que presentan es que diversos usuarios pueden ver, señalar y comentar la experiencia. Sistemas tipo mesa de trabajo ‐ Immersa Desk Este sistema de tipo de mesa de trabajo fue diseñado en la Universidad de Illinois en Chicago, es similar a una mesa de dibujo situada a 45° de inclinación respecto del suelo, de este modo, aunque los usuarios no pueden moverse a su alrededor, tienen un ángulo de visión mucho mayor y el tipo de aplicaciones no se restringe a tan solo aquellas que presenten datos vistos desde encima. Figura 45. Sistemas de mesa de trabajo, Immersa Desk 5.3.6 Cascos de visualización ó HDM Los cascos o HMD (headmounted displays) son los sistemas de visualización más asociados a la realidad virtual. Existe una enorme diversidad de cascos y de tecnologías, están fundamentados en un casco o unas gafas que están dotados de unas pequeñas pantallas que se sitúan delante de cada ojo. Varios dispositivos además ocultan la visión del entorno real por los lados de las gafas para producir un mayor aislamiento del mundo real e incrementar la sensación de inmersión en el mundo virtual, con el fin de que sólo vea las imágenes generadas por el computador. 66 Estado del Arte de la RV Si el usuario sólo viese las pantallas, que por lo general tienen un tamaño de entre 1,5 cm y 3 cm, el usuario tan sólo vería unas pequeñas imágenes flotando delante de él, por esta razón se sitúan unas lentes que amplían las imágenes de forma que abarquen un rango visual mayor y el usuario pierda la referencia del marco de dichas imágenes. Estas lentes también contribuyen a que el ojo pueda enfocar las imágenes como si estuviesen más lejos, de otra forma el ojo tendría que estar forzando el enfoque a una distancia muy cercana y se cansaría muy pronto. La idea es que la posición de enfoque del ojo sea lo más relajada posible. Usualmente, los cascos se utilizan en combinación con algún sensor de orientación (y a veces también de posición). Esto es lo que aporta la potencia de interfaz de visualización ya que gracias al sensor de orientación del usuario puede explorar el entorno virtual a todo su alrededor con sólo girar la cabeza. Las principales características a tener en cuenta cuando se quiere utilizar un casco en una aplicación son: Rango de visión o ángulo de apertura: Es el ángulo de apertura de las lentes y por lo tanto el rango de visión del usuario que ocupan las imágenes. Los cascos con baja resolución tienden a tener un ángulo relativamente pequeño: entre 25° y 35°. Los ángulos de resolución media están entre 40° y 65°. Los cascos con mayor resolución están por los 120°. Al adquirir los cascos hay que tener precaución ya que algunos fabricantes dan el ángulo de la diagonal y otros el ángulo de la horizontal. Definición / resolución: La resolución de las pantallas del casco varía de un casco a otro. Además algunos fabricantes no dan la resolución de píxeles, si no la resolución de puntos RGB, con lo cual parece que el casco tiene una mejor resolución de la que tiene en realidad. Algunos fabricantes, en vez de la resolución horizontal y vertical, dan el total de píxeles de la pantalla (ejemplo, dicen 172.800 píxeles, en vez de 480x360). Estereoscopía: Indica si el casco permite generar el par estereoscópico. Aunque la mayoría de los cascos tienen efectivamente una pantalla para cada ojo, muchos no permiten la entrada de una señal distinta para cada uno y muestran la misma imagen en las dos pantallas. Distorsión: Indica la distorsión producida por las lentes. Si las lentes son gran angular, seguramente provocarán una distorsión que hará que las líneas rectas de la imagen parezcan curvadas. Si es necesario se deberá compensar aplicando la distorsión inversa sobre la imagen antes de presentarla. Ajustes: La morfología de los usuarios puede variar de forma notoria y por eso es importante que el casco tenga unos buenos ajustes y se adapte a la anatomía del usuario. Algunos de los ajustes que se pueden encontrar son: dimensión de cabeza, distancia entre ojos (o distancia interpupilar), enfoque de las imágenes si el casco no permite llevar gafas a los usuarios que sufren miopía. Peso y Equilibrio: Los cascos cada vez son más compactos y ligeros y cada vez se parecen más a unas gafas que a un casco. No obstante, dependiendo de la tecnología que usen, aún pueden resultar pesados de la parte frontal. Si es así, se debe tener en cuenta si el peso está bien repartido y equilibrado para no sufrir dolores de cervicales o espalda tras largos períodos de uso. Robustez: Si el casco se usará en un entorno de laboratorio, entonces su robustez no resulta demasiado importante. Pero si se ha de utilizar en una instalación pública, entonces será deseable que sea suficientemente resistente como para que aguante su uso intensivo, golpes, manipulación por niños, etc. 67 Estado del Arte de la RV Higiene: Si el casco se ha de utilizar en un entorno público, este debe cumplir unas mínimas garantías higiénicas. Se debe estudiar, qué partes tocan la cara y el pelo del usuario, qué partes pueden esconder suciedad, mirar si tiene una buena ventilación, etc. Facilidad de uso: El casco no debe presentar dificultades de uso (poner, quitar, ajustar, etc.). Esto, además de problemático y generar la necesidad de un ayudante permanente en la instalación, provocaría una tasa de paso por la instalación muy baja y podría no hacer rentable la experiencia. En general estos dispositivos llevan incorporados sistemas de audio direccional que simulan la posición en el espacio de las distintas fuentes de sonidos del entorno virtual. Inconveniente para este tipo de visor es que el espectador tiene la cabeza prendida en una especie de caja un poco agobiante, aparte del gran inconveniente de ser individual. Existen muchas tecnologías distintas de pantallas que producen diferencias importantes entre los cascos, revisemos las tecnologías con respecto a una serie de propiedades que las distinguen. La página web de la empresa Stereo 3D38ofrece una buena comparativa de los sistemas HMD. Pasaremos a revisar algunos tipos: 5.3.6.1 Cascos de visualización con tecnología de Tubos de rayos catódicos (CRT) La tecnología de CRT usada en los cascos es la misma de los monitores y televisores, pero en versión reducida. Es decir, un cañón de electrones es desviado para escanear una superficie de vidrio con una capa de material fosforescente, la cual brilla al ser activada por el flujo de electrones. Los cascos de CRT tiene una resolución de alrededor de 1024x768 y en casos puntuales 1280x1024, su nitidez es buena, su contraste muy bueno, son muy pesados. El color de las pantallas por lo general son B/N y grises (para reducir el peso), el color se consigue mediante disco de filtros RGB (Cascos de disco de filtro RGB). Su precio es medio. Figura 46. Casco n Vision’s Datavisor HiRes (Izq.). Casco n Vision’s Datavisor NVG (Der.) Fuente: : n‐Vision’s 5.3.6.2 Cascos de visualización con tecnología de Cristal líquido o LCD La tecnología LCD, se fundamenta en una capa de cristal líquido atrapada entre dos capas de plástico, mediante la aplicación de tensiones, el cristal líquido se distribuye formando la imagen. Su nitidez y contraste es bastante bueno, son de peso ligero, muestran imágenes a color, excepto en casos muy extraños. Su precio es bajo. 38 Página Web de la empresa Stereo3D: http://www.stereo3d.com/hmd.htm#chart 68 Estado del Arte de la RV VR4 de Virtual Research (antiguo casco de LCD Virtual Boy de Nintendo (antiguo casco de LCD rojo) i‐glasses de Virtual i‐O (casco/gafas de LCD) VFX3D de IIS Products (casco de ProView XL40de Keiser Sistema HDM gama media LCD) Electro‐Optics (alta resolución LCD) Figura 47. Cascos de visualización con tecnología de Cristal líquido 5.3.6.3 Cascos de visualización con tecnología de Microespejos o DLP Cascos con tecnología de microespejos o DLP, tecnología desarrollada por Texas Instruments, se fundamenta en una placa de silicio en la cual se ha construido una matriz de microespejos. Los espejos oscilan de forma que pueden orientarse en dos posiciones. Una fuente de luz se proyecta sobre los microespejos. Lo espejos que están en una cierta posición reflejan la luz hacia el ojo del usuario (generando un punto blanco). Los espejos que están en la posición opuesta no dirigen la luz hacia el usuario (generando un punto negro). Para conseguir los grises intermedios se hace pasar cada espejo de blanco a negro a diferentes frecuencias. Esta tecnología es de finales de los 1990, pero aún no se ha aplicado a cascos, sólo a proyectores, aunque existe la promesa de aplicar esta tecnología a los cascos desde hace algunos años. 5.3.6.4 Cascos de visualización con tecnología de laser Esta tecnología se fundamenta en hacer llegar un haz de láser directamente a la retina del usuario, inicialmente, debido a restricciones tecnológicas, sólo se podía trabajar con láser rojo o verde. Recientemente se pudo conseguir el láser azul, pero requiere temperaturas extremadamente bajas. También se ha conseguido obtener láser blanco a temperaturas más razonables, con esto se obtienen imágenes en B/N, el color se obtiene mediante disco de filtros RGB, aún no se han podido obtener sistemas fácilmente comercializables. Virtual Retinal Display, VRD (Pantalla de Retina de Exploración, RSD), fue inventado en la Universidad de Washington, en el Laboratorio Human Interface Technology Lab (HIT) en 1991, el desarrollo del dispositivo comenzó en noviembre de 1993, la empresa Microvision Inc. tiene la licencia exclusiva para comercializar la tecnología VRD. El VRD es una tecnología de visualización que dibuja una pantalla de trama directamente en la retina del ojo. El espectador ve lo que parece ser una pantalla convencional flotando en el espacio delante de ellos. El haz modulado de luz proyectado por el VRD (de una fuente electrónica) directamente sobre la retina del ojo que produce una imagen rasterizada. El espectador tiene la ilusión de ver la imagen de origen como si estuviera dos metros de distancia 69 Estado del Arte de la RV frente a un monitor de 14 pulgadas. En realidad, la imagen está en la retina de su ojo y no en una pantalla. La calidad de la imagen es excelente, con vistas estéreo, a todo color, amplio campo de visión y sin parpadeo, puede llegar a tener una resolución máxima de 1600x1200. Los cascos son de peso muy ligeros, su precio es muy alto. Figura 48. VRD, Virtual Retinal Display, 1991 Fuente: Human Interface Technology Lab (HITL), Universidad de Washington. 5.3.6.5 Cascos de visualización con tecnología de Disco de filtros RGB Cascos con tecnología de Disco de filtros RGB, cuando se tiene una tecnología en B/N y se quiere obtener imágenes en color, se adapta un filtro en forma de disco o cilindro con los tres colores básicos de luz: R (rojo), G (verde) y B (azul). Este filtro va pasando de R a G a B a R, etc., a muy alta frecuencia, el cambio de color se sincroniza con el dispositivo, el cual genera el patrón de imagen que corresponde a un componente de la imagen final. Al poner el filtro rojo se genera el componente de rojo, después el de verde y finalmente el de azul. Esto ocurre en tan poco tiempo, que la retina del espectador suma las tres componentes, lo que equivale a ver la imagen a todo color. Figura 49. Funcionamiento de la Tecnología de disco de filtro RGB 5.3.6.6 Cascos de visualización Virtual Cocoon 39 Virtual Cocoon, es una propuesta, de desarrollo de un casco de RV, que estimulará los cinco sentidos del ser humano. El casco incluye una pantalla de TV de alta definición, altavoces, un equipo inalámbrico, un tubo que libera sustancias químicas para el olfato, otro tubo que libera sustancias químicas para el gusto, un ventilador para modificar la sensación de frío y un calentador para modificar la sensación de calor, cuatro altavoces con sonido Surround (envolvente). 39 Web del Proyecto Cocoon: http://www.epsrc.ac.uk/newsevents/events/pioneers09/photos/Pages/VirtualCocoon.aspx 70 Estado del Arte de la RV Figura 50. Casco Virtual Cocoon Fuente: EPSRC Este proyecto es financiado por el Engineering and Physical Research Council (EPSRC)40, y desarrollado por científicos de cinco Universidades Británicas: Universidades de York, Warwick, Cradford, Bradford y Brighton. Se estima que estará listo para el 2014, a un costo aproximado de $ 2.000. 5.3.7 Sistema ʺBoomʺ Aunque no son cascos, a menudo se les confunde ya que guardan algunas similitudes. El BOOM (Binocular Omni‐Orientation Monitor) es creado en los Laboratorios FakeSpace en Palo Alto, California. A través del uso del BOOM, los problemas de contrapeso en los dispositivos de visualización son eliminados. El BOOM permite que sean usados dispositivos de mayor resolución en visualización como los CRT, en lugar de los de bajas resolución como los LCD. Figura 51. BOOM, Binocular Omni‐Orientation Monitor Fuente: Web de la empresa Stereo3D Debido a su gran peso se encuentran colgando de un brazo articulado que permite todo tipo de rotaciones y desplazamientos y a su vez hace de contrapeso, el brazo mecánico del Boom hace de rastreador de posición, a la vez que sostiene un visor tipo HMD, con sistemas de tecnología CRT, de dos pantallas pequeñas acopladas en una única carcasa. Contiene seis sensores de posición y orientación, proveen al dispositivo una visualización completa y forma de ubicación en el espacio, tienen buena resolución y alto contraste, también muestran muy buen color debido a que las CRT son a color. 40 Engineering and Physical Research Council, EPSRC: http://www.epsrc.ac.uk/Pages/default.aspx 71 Estado del Arte de la RV 5.3.8 Sistemas tipo ʺCAVEʺ El término Cueva o CAVE (Cave Automatic Virtual Environment)se utiliza por primera vez en el paper “The Cave, Audio Visual Experience Automatic Virtual Environment” desarrollado por Carolina Cruz‐Neira (1992) como resultado de su tesis doctoral y dirigida por los pioneros Daniel J. Sandin, Thomas A. DeFanti, Robert V. Kenyon y John C. Hart, del Laboratorio de Visualización Electrónica (EVL), de la Universidad de Illinois‐Chicago (UIC), fue uno de los sistemas de visualización que consiguieron cambiar el tópico del casco en las aplicaciones de realidad virtual. A la CAVE se la cataloga como un entorno de Realidad Virtual inmersiva, también son considerados como entornos multipersona de alta resolución con video 3D y audio, ajustados a un espacio determinado. Para producir sensación de inmersión en sistemas grupales se utiliza: Instalaciones Proyectivas, consiste en un espacio en forma de cubo, construido por mínimo tres paredes que son pantallas de retroproyección. Mediante al menos tres proyectores, envían sus imágenes a cada pantalla desde el exterior del espacio, un cuarto proyector situado en el techo, proyecta sobre el suelo del espacio, de esta forma, los usuarios que se sitúan dentro ven las imágenes del entorno virtual en al menos tres paredes y el suelo, generando una sensación de total inmersión para una o varias personas. Rastreadores de Posición, los usuarios pueden moverse, esto hace que la perspectiva de las proyecciones también varíe según la posición de los usuarios. Un solo usuario es quien dirige, portando un sensor de posición y orientación. De este modo, los demás usuarios deben mantenerse cerca del usuario principal e intentar mirar en la misma dirección. El usuario principal también lleva una especie de joystick aéreo llamado ʺWandʺ con el que interactúa con el sistema Gafas Estereoscópicas, se complementan con gafas estereoscópicas y por lo tanto los usuarios deben utilizar las gafas de cristal líquido, de esta forma, las paredes “desaparecen” y el usuario se ve rodeado por el entorno virtual, con plena sensación de profundidad. Figura 52. Configuración del CAVE y Usuario interactuando en un CAVE Fuente: Web de la Facultad de Informática de la UPM Estos sistemas en general tienen las siguientes características destacables: MULTIUSUARIO: Varios usuarios pueden estar dentro de la experiencia simultáneamente de forma cómoda y útil. PROFUNDIDAD POR ESTEREOSCOPÍA: La estereoscopia en este caso, no sólo hace que las dimensiones físicas del CAVE se vean sobrepasadas, sino que también consigue que se experimenten objetos flotando dentro. Esto permite explorar los objetos desde muchos puntos de vista distintos. 72 Estado del Arte de la RV NO AISLAMIENTO DEL USUARIO: El hecho de que los usuarios no estén aislados permite que puedan comentar aquello que están viendo. Estos sistemas son extremadamente caros ya que necesitan: un potente sistema de generación gráfica (4 proyecciones en estéreo = 8 imágenes a generar cada vez), unos proyectores de alta resolución, luminosidad y frecuencia vertical, con espejos de muy alta calidad para reducir el recorrido de proyección. Si el sistema incluye varias pantallas con superposición horizontal se habla de teatros virtuales, proporcionando una gran amplitud del campo de visión. En el Instituto Alemán de Computación Gráfica Darmstadt 41 , existe uno de los sistemas más sofisticado con cinco proyecciones (3 muros, 1 techo y 1 suelo), estas instalaciones se complementan con sensores de movimiento de posición absoluta y gafas estereoscópicas, lo que hace que el usuario tenga una mayor experiencia inmersiva. Al ser un sistema aislado totalmente inmersivo, la interacción es directamente con el computador, la comunicación con el mundo real es transparente, solo la hacen los procedimientos externos, por su complejidad requiere personal altamente calificado, no toda las personas tienen acceso a esta tecnología. También son sistemas muy costosos en su montaje, ya que resulta difícil calibrar las imágenes para que coincidan en las aristas de unión; además se necesita una habitación con paredes pintadas de negro, de unas dimensiones considerables y unas condiciones de temperatura controladas para que no se vean alterados los proyectores y las pantallas. Hay estudios actuales sobre proyectos de Cave de bajo costo, dependiendo del proyecto puede estar cerca de los 19.000 euros una solución de bajo costo, con: estructura, proyectores, pantallas y materiales de red42, aunque puede variar dependiendo de la aplicación que se implemente y el nivel de inmersión que se desee generar. La UPM, dispone de un sistema tipo CAVE, llamado i‐SPACE, en este sistema de visualización 3D envolvente, la ilusión de inmersión se consigue utilizando tecnología de proyección estéreo Active Infitec®, más cinco pantallas de grandes dimensiones, compuestas de modo que simulan un cubo dentro del cual se sitúa el usuario. Figura 53. Imágenes i‐SPACE Fuente: Web de la Facultad de Informática de la UPM La CAVE original se distribuye a través de la empresa Mechdyne 43 (en el 2003 adquirió Mechdyne Sistemas Fakespace). También existen versiones parecidas al CAVE de otras Web del Instituto Alemán de Computación Gráfica Darmstadt: http://www.igd.fraunhofer.de/ Implementing a Low‐Cost CAVE System Using the CryEngine2: http://cryve.id.tue.nl/paper/paper.html 43 Web de empresa Mechdyne: http://www.mechdyne.com/ 41 42 73 Estado del Arte de la RV empresas, e incluso existen sistema con 5 y 6 superficies de proyección, lo cual dificulta aún más el montaje y la calibración. Una de las instalaciones de CAVE, con más alta resolución del mundo, está en la Universidad del Estado de Iowa, despliega 100 millones de pixeles después de una inversión de 4 millones de dólares en mejoras. Dentro del cuarto, un clúster de 96 procesadores gráficos Hewlett‐ Packard alimentan 24 proyectores digitales Sony proyectando imágenes que iluminan seis superficies ‐ las cuatro paredes, suelo y techo ‐ de 10 pies cuadrados cada una (aproximadamente 3 metros por lado) con alternancia de imágenes estereoscópicas. Las gafas de LCD intercambian de izquierda a derecha en sincronización con todos los proyectores permitiendo la experiencia de realidad virtual 3D. Un sistema ultrasónico que rastrea movimientos, cambia la escena cuando los usuarios giran su cabeza mientras 8 canales de audio aportan el sonido. Otras de las Tecnologías de Cuevas desarrolladas actualmente es la EON Icube44, este es un ambiente inmersivo de múltiple lado, en el que los participantes están completamente rodeados por imágenes virtuales y sonido 3D. El Icube EON representa un importante hito innovador en la alta gama de visualización y desarrollo de sistemas. A diferencia de la generación anterior CAVE®, el Icube EON es fácil de usar incluso para los no programadores, ya que proporciona una velocidad sin igual de la creación de contenido envolvente y despliegue, utiliza una nueva perspectiva mejorada del material rígido de las paredes, y cuenta con capacidades integradas de colaboración. El Icube EON consta de 3, 4 ó 6 paredes de acuerdo a las necesidades de los usuarios, y que se pueden configurar. En la versión de EON Mobile Icube la pared puede reconfigurarse en forma de U. Por la retro‐proyección de las imágenes y la continuidad de imagen impecable en las esquinas, se crea la ilusión de una completa sensación de presencia en el entorno virtual, el sistema es completamente compatible con dispositivos de seguimiento y de entrada. Se basa en la tecnología de PC mediante el cual varios computadores están sincronizados entre sí para generar imágenes simultáneas en estéreo (visualización estereoscópica) en las paredes múltiples sin problemas. Utilizando una serie de emisores de infrarrojos, proyectores de gama alta, gafas estereoscópicas activas de obturación, y rastreadores de posición, el resultado es una inmersión completa del usuario en un mundo virtual donde los objetos flotan en el espacio con gráficos de alta calidad que desafían las mejores plataformas UNIX. En el EON Icube, se pueden implementar electros rastreadores magnéticos para controlar la posición del usuario y la orientación, se los utiliza para calcular una vista en perspectiva estereoscópica al tiempo que permite al usuario moverse libremente dentro y alrededor de los objetos que flotan en el espacio. La visualización estereoscópica, con el apoyo de un sistema de sonido envolvente integrado, los dispositivos periféricos tales como dispositivos de retroalimentación de fuerza y guantes (opcional) se integra en el sistema. EON Icube tiene la capacidad de desplegar rápidamente simulaciones interactivas 3D virtuales, utilizando una serie de clases incorporadas de objetos, y una gran biblioteca de modelos 3D y texturas. Las ventajas y desventajas en el uso de CAVES, son también las que generan el uso de realidad virtual, dependiendo del contexto. 44 Web de la EON Icube: http://www.eonreality.com/products_icube.html 74 Estado del Arte de la RV Ventajas Desventajas Aprendizaje en manipulación de objetos en un contexto no real. Ayuda a realizar experimentos, entrenamiento, formación y aspectos académicos y de negocios que evitan pérdidas económicas, materiales o humanas. Beneficios para que personas de diversidad funcional puedan experimentar cuestiones que no les permite la realidad. Permite realizar un seguimiento de las situaciones y procedimientos realizados inworld. Se puede romper paradigmas, principios y leyes de la realidad (Gravedad, Vuelo, Arquitectura Virtual, etc.). Se pueden poner a prueba principios y modelos. Se pueden plantear situaciones para ser simuladas y poder obtener una retroalimentación de los sucesos. La complejidad de los desarrollos es elevada. Los costos son bastante elevados en la realización de mundos virtuales. Habrán defectos durante la experiencia inworld, en cuanto a la interacción entre el programa y los usuarios en cuanto a la interfaz. Se puede presentar desorientación espacial. A veces suele ser difícil el aprendizaje del uso de la herramienta, lo cual incurre en cierta dificultad para dominar los mandos y/o controles. Distanciamiento emocional de los objetos y escenas virtuales. Todo el equipo técnico necesita de un adecuado personal para el mantenimiento e instalación, por lo tanto para su manejo requiere personal altamente calificado. Tabla 8. Cuadro comparativo de Ventajas y Desventajas de las CAVE En la actualidad ya existen CAVE´s de seis lados ‐visión total‐, como el del “Center of Paralell Computers” en Suecia, (VR‐CUBE). En el Ars Electrónica Center de Linz, Austria, existe una de las pocas CAVE accesible al público en general. 5.3.9 Sistemas tipo domo y cúpula De este tipo de sistemas se encuentran dos grandes sistemas: El EVE (Extended Virtual Environment) y los de proyección esférica. El EVE, es un sistema multiusuario diseñado por Jeffrey Shaw, artista y director del departamento de medios digitales del ZKM45 (Zentrum fur Kunst und Medientecnologie) de Karlsruhe, Alemania. Es una enorme semiesfera inflable de nueve metros de altura y doce de ancho, con una entrada con puerta giratoria para mantener constante la presión de aire en su interior. Figura 54. Vista exterior de EVE (Izq.). Vista interior de EVE (Der.) Todo el interior de la semiesfera es una superficie de proyección, en el centro de la semiesfera se encuentra un brazo robótico industrial que soporta dos proyectores. Estos proyectores generan una imagen estereoscópica sobre la superficie de la semiesfera mediante polarización de las dos fuentes. Los usuarios deberán llevar unas gafas polarizadas para poder captar el efecto de estereoscopía. 45 Web del Zentrum fur Kunst und Medientecnologie : www.zkm.de/ 75 Estado del Arte de la RV La imagen proyectada funciona a modo de ventana, de unos 3x2 metros, a través de la cual se puede observar el entorno virtual. Para ver todo el entorno que se desarrolla alrededor, se debe dar la orden al computador que modifique la posición y orientación del brazo robótico y genere las imágenes correspondientes a otro punto de vista. Estas órdenes las da un usuario principal que lleva un sensor de orientación en la cabeza. Allí donde su cabeza apunte, allí el computador enviará al brazo robótico que proyecte las imágenes. El usuario principal también dispone de un wand de interacción de forma similar al CAVE. Los demás usuarios, hasta veinte simultáneos, tan solo pueden ver aquello que el usuario principal decide ver. Los sistemas de proyección esférica difieren de EVE en que la proyección abarca la totalidad de la bóveda o semiesfera de proyección. Uno de los principales fabricantes de este tipo de sistemas es la empresa Elumens 46 . Existen sistemas de diversos tamaños, el sistema más pequeño es el Visionstation, para una o dos personas. Figura 55. Visionstation de la empresa Elumens La forma en que se proyecta la imagen es mediante una lente especial gran angular. Proyector y lente se sitúan en el centro del proyecto (debajo de la repisa de interacción). Debido a la deformación que sufre la imagen al proyectarse en la pantalla esférica con la lente angular, las imágenes deben ser distorsionadas mediante una distorsión inversa a la esférica, para que la visualización final sea correcta. Existen sistemas muchos mayores que pueden contener hasta unas veinte personas. Otro sistema es el EnspheredVision de la universidad de Tsukuba, el cual se fundamenta en un domo casi totalmente esférico que envuelve al usuario. Lo han desarrollado de tamaño grande u los de tipo móvil Figura 56. Figura: Ensphered grande interior (Izq.). Ensphered móvil para un usuario (Der) 46 Web de la empresa Elumens: http://www.elumens.com/ 76 Estado del Arte de la RV 5.3.10 Sistemas Cybersphere y Virtusphere Otro proyecto en desarrollo de un espacio virtual proyectivo es el denominado Cybersphere47, presentado en ACM septiembre 2003, pretende desarrollar un ambiente virtual en una esfera añadiendo la funcionalidad de permitir movimiento libre. Este tipo de sistema pretende reducir la incapacidad para moverse por el entorno virtual de manera natural. El Cybersphere es una gran esfera hueca, translúcida, de 3.5 metros de diámetro, provista de un medio de entrada para un observador, está soportado por un anillo de rodamientos, cuando el usuario camina la esfera rota sobre su soporte y otra esfera más pequeña; induciendo la adaptación de las vistas virtuales. El movimiento de pasos del observador hace que la esfera rote. Imágenes generadas por computador se actualiza en respuesta a este movimiento y se proyectan sobre la superficie exterior de la esfera. Cuatro proyectores están montados en la investigación que rodea las paredes, otros dos, están montados en las paredes frontal y posterior. Un proyector está montado sobre el techo. Cada proyector proyecta una imagen, generada por un computador, sobre la superficie exterior de la esfera. La superficie de esta esfera se prepara de una manera que el observador encerrado sea capaz de ver claramente las imágenes proyectadas. La combinación de las imágenes de cada proyector ofrece una experiencia totalmente inmersiva visual para el observador. Figura 57. Cybersphere de RV Fuente: Web [plantarchy.us/katko/projects/dope/cybersphere.pdf] El observador es capaz de caminar, correr, saltar o gatear en cualquier dirección, mientras que al mismo tiempo es capaz de observar un entorno virtual que lo abarca todo. Otro proyecto similar es el proyecto de la empresa Virtusphere, Inc. 48 , 49 que desarrolla y comercializa una plataforma de locomoción que permite a los usuarios sumergirse completamente en su experiencia virtual interactiva Virtusphere consta de una esfera hueca de diez pies, que se la coloca sobre una plataforma especial que permite que la esfera gire libremente en cualquier dirección de acuerdo con los pasos del usuario. El uso de un casco móvil montado en la cabeza, el usuario es capaz de caminar y de correr, al estar inmersos en el entorno virtual, el movimiento por el usuario se replica dentro del entorno virtual. El mismo conjunto de hardware puede ser utilizado para http://plantarchy.us/katko/projects/dope/cybersphere.pdf http://www.virtusphere.com/ 49 http://www.youtube.com/watch?v=FT8gMCQaqRo&feature=player_embedded 47 48 77 Estado del Arte de la RV diferentes aplicaciones, cambiando solamente el software de aplicaciones. Figura 58. Plataforma de locomoción de VirtusSphere Fuente: Web de VirtusSphere 5.4 Sistemas de audio Los sistemas de audio para experiencias de realidad virtual son los que se encargan de gestionar los estímulos sonoros. Estos se pueden dividir en dos subcategorías principales: Audio generado y Audio captado. Aunque su utilización parece evidente, es importante tener en cuenta que los estímulos sonoros, pueden suplir en muchos casos los estímulos táctiles. Por un lado está la utilización de frecuencias bajas que generan sensaciones vibrátiles. Por otro lado se pueden utilizar en la percepción acción – reacción. Es decir, que si en una experiencia de realidad virtual, el usuario solo ve que en su tránsito ha chocado con una pared, puede no haberse dado cuenta ya que a veces es difícil hacer una estimación de las distancias. En cambio, si este choque se refuerza con un sonido, el usuario puede llegar a percibir la sensación del “golpe”. 5.4.1 Audio generado Por audio generado se entiende aquel audio el sistema genera para que el usuario lo capte como estímulo de salida de la aplicación. Los dos subtipos de audio generado son el audio no espacializado y el audio espacializado: Audio No Espacializado: Este tipo de audio es el más común. Puede utilizar cualquier tipo de equipo de sonido y cualquier número de altavoces o bien unos auriculares, y habitualmente utiliza el modo estéreo. Se usan audífonos de uso más corriente, a través de estos se escucha el sonido simulado de los objetos sin identificar auditivamente el punto de ubicación del mismo, ya que este sistema no tiene en cuenta la posición del sujeto virtual dentro del entorno. 78 Estado del Arte de la RV Figura 59. Audífonos convencionales Fuente: 1.bp.blogspot.com Audio Espacializado: Este tipo de audio tiene en cuenta la posición del sujeto virtual dentro del entorno. De este modo el sistema genera los sonidos de forma que el usuario perciba la dirección, intensidad y tiempo en que se generó ese sonido desde la fuente sonora virtual en relación al sujeto virtual. La salida de los estímulos sonoros hacia el usuario puede ser mediante unos auriculares, ó bien mediante un sistema de cuatro u ocho altavoces. Si se hace mediante altavoces, el sistema debe saber la posición y orientación física del usuario con respecto a los altavoces y por esta razón el usuario deberá llevar un sensor de posicionamiento espacial que informe al sistema. Debido a esto, estos sistemas son monousuario. Los primeros sistemas que aparecieron que calculaban la transformación del sonido para espacializarlo fueron los Convolvotron de Cristal River Engineering, estos audífonos además de simular el sonido propio de los objetos, simulan la ubicación de los mismos dentro del ambiente virtual. Figura 60. Audífonos Convolvotrón Fuente: 1.bp.blogspot.com Se está trabajando en sistemas multiusuario a partir de altavoces, a través de métodos llamados polifónicos. Estos métodos generan un patrón de interferencias de sonido inundando un espacio concreto, de forma que un usuario, vaya donde vaya y sin necesidad de ser detectado por un sensor de posicionamiento espacial, oirá correctamente la espacialización de las fuentes sonoras virtuales. Así pues, al no depender de la detección del usuario, pueden circular un número indefinido de usuarios por ese espacio y todos oirán correctamente los sonidos. Todos estos sistemas espacializados, por el hecho de utilizar el modelo de morfología de audición de los seres humanos, se utilizan mayoritariamente en aplicaciones de simulación. 79 Estado del Arte de la RV 5.4.2 Audio captado Se entiende por audio captado, aquel audio que el sistema captura de forma que pueda servir al usuario como elemento de interacción. Los dos subtipos de audio captado son: Reconocimiento del habla, y Procesado de señal. Reconocimiento del Habla: Este tipo de audio captado es el que se usa más a menudo, se trata de reconocer las palabras que pronuncia el usuario. Primero se captura el audio y se extraen los fonemas, a partir de los fonemas se intentan reconstruir las palabras, una vez que se tienen las palabras el sistema puede utilizarlas por separado como órdenes imperativas a realizar. Por ejemplo: abrir, subir, correr, etc. Si por el contrario las palabras deben unirse para encontrar frases, el sistema aplica técnicas de inteligencia artificial (técnicas de lenguaje natural), para encontrar el sujeto de la frase, el predicado con su acción a realizar, etc. De este modo se establece un potente sistema de interacción para el usuario. Procesado de Señal: En principio no tiene diferencia con el audio captado de Reconocimiento del Habla, en lo que difiere es en el modo en que se procesa ese sonido, pero existen muchas técnicas y efectos que se pueden aplicar a un sonido captado para darle salida. Por ejemplo: se pueden cambiar las cualidades del sonido como timbre de voz, tono, textura, velocidad, etc. Incluso se puede convertir una voz femenina en masculina y viceversa. También se pueden fusionar un sonido original y un sonido de referencia, de forma que las palabras de un usuario pueden oírse con sonido de un animal, tren, o de un instrumento musical, etc. 5.5 Sistemas sensores de articulaciones Las tecnologías de sensores de articulaciones son las más usadas dentro de los sistemas de RV, estos sensores detectan con gran precisión el movimiento dando un tipo de interfaz física muy útil. Su utilización es muy diversa y depende mucho del tipo de articulación que se detecte, así pues, las aplicaciones que las utilizan van desde rehabilitación de una parte del cuerpo, hasta el control de un personaje virtual, pasando por la interacción manual de objetos virtuales. Las características comunes de este tipo de tecnología son parecidas a las características de los sensores de posicionamiento espacial, entre los que podemos mencionar: Dimensión: Indica si el sistema está pensado para trabajar en el plano (2D) o en el espacio 3D. Grados de Libertad: Cuantos tipos posibles de medidas puede realizar el sistema dentro de su dimensión. Por ejemplo, hay sensores que detectan más de una medida por articulación (por ejemplo rotación en dos ejes) o bien el movimiento de más de una articulación. Conexión al computador: Si se conectan mediante un cable, o bien si disponen de algún sistema inalámbrico. Medición relativa o absoluta: Si las medidas que realiza el sistema, son medidas de incremento o decremento respecto a las anteriores (medidas relativas) o bien si son medidas que hacen referencia a un sistema de coordenadas físicas fijas (medidas absolutas). Las rotaciones acostumbran a medirse de forma absoluta, en cambio los desplazamientos de forma relativa. Lag ó Delay: Retardo de respuesta, el tiempo que necesita el sistema para formar la medida y notificarla al computador. Como menor sea el retardo mejor será el sistema. Precisión o resolución: La medida de menor tamaño que puede realizar el sistema. 80 Estado del Arte de la RV Repetitividad de medición: Precisión con que un sistema de medición absoluta puede volver a detectar la misma posición u orientación. Existen cuatro tipos principales de tecnologías de sensores de articulaciones que se han desarrollado: tecnología de fibra óptica, tecnología de exoesqueleto, tecnología de elementos de flexión y tecnología prensil. 5.5.1 Sist. sensores de articulaciones‐ Tecnología de Fibra Óptica Están fundamentados en unos hilos de fibra óptica que se sitúan a lo largo de la articulación que se desea medir; la fibra óptica sale de un módulo de control, va hasta la articulación y vuelve al módulo. Este módulo de control emite un haz de luz y lo envía por la fibra, el haz de luz tarda un tiempo distinto en ir y volver, y llega con una intensidad menor dependiendo del grado en que la fibra se ha doblado, con esto el módulo puede calcular el ángulo de doblado de la articulación. Figura 61. Dataglove de VPL (Izq.). Datasuite de VPL (Der.). Esta fue la tecnología utilizada en el primer sensor de articulaciones, el Dataglove inicialmente diseñado en NASA Ames y posteriormente fabricado y distribuido por la empresa VPL Inc. Un tiempo después apareció el Datasuit, también de VPL, el cual medía todas las articulaciones principales del cuerpo. Actualmente hay algunos guantes y sensores que utilizan una tecnología muy similar. 5.5.2 Sist. sensores de articulaciones‐ Tecnología de Exoesqueleto Se originaron en parte como amplificadores del esfuerzo humano, capaz de levantar y mover cargas pesadas. Los primeros ʺHandymanʺ, descrito en (CORLISS & JOHNSON, 1968), fueron ejemplo de un exoesqueleto del antebrazo y la mano; el Hardiman de General Electric, fue un marco de exoesqueleto de todo el cuerpo. El exoesqueleto permite registrar el movimiento del cuerpo en un entorno virtual y, especialmente, como una técnica de retroalimentación de datos hápticos para el usuario sumergido en la RV (BERGAMASCO, 1992). Esta tecnología es parecida a los sensores de articulaciones, pero no solo los detecta el movimiento lo limita. En efecto, la estructura mecánica del exoesqueleto está dotada de un sistema que fuerza un cierto movimiento. Los primeros sistemas de esta tecnología, junto al sistema Waldo para los gestos faciales, fueron de la empresa Exos Co. (empresa cerrada). 81 Estado del Arte de la RV Figura 62. El Exos para mano (Izq.). Waldo de Exos (Der.) Fuente: Universidad de Taiwán 5.5.3 Sist. sensores de articulaciones‐ Tecnología de elementos de Flexión Esta tecnología se fundamenta en las propiedades tensioeléctricas de unos elementos que varían su resistencia en función de su flexión. De esta forma, situados a lo largo de la articulación y mediante un sistema que detecte las variaciones de tensión eléctrica que pasa por el elemento, se puede calcular el ángulo. Esto se utiliza especialmente en elementos pequeños como la mano, algunos de los guantes actuales de la empresa Cyber Glove Systems50, son: CYBERGLOVE II: El nuevo Sensor de movimiento de captura de datos, con un máximo de 22 sensores de alta precisión. Está fabricado con tejido elástico y una palma de malla para la ventilación. CYBERGLOVE III: El nuevo CyberGlove Sistemas MoCap responde a las necesidades de la captura de movimiento y de la industria de animaciones gráficas. El nuevo diseño aerodinámico permite a la industria una mayor movilidad física. Tabla 9. Guantes con tecnología de elementos de Flexión 5.5.4 Sist. sensores de articulaciones‐ Tecnología prensil Esta tecnología no mide flexión de las articulaciones, utilizada un guante que mide de forma binaria, si el dedo pulgar toca alguno de los otros dedos. Estos guantes de apriete contienen sensores electrónicos incorporados en las yemas de los dedos de un guante para detectar el contacto entre los dedos (BOWMAN, 2001). Los guantes de esta tecnología se llaman PinchGloves51 por el hecho que se detecta la “pinza” de dos dedos, y los fabricaba la empresa Fakespace52 www.cyberglovesystems.com/ Web con información de PinchGloves: http://www.vrealities.com/pinch.html 52 Empresa Web de FakeSpace Labs.: http://www.fakespacelabs.com/ 50 51 82 Estado del Arte de la RV Figura 63. PinchGloves de Fakespace Usado en aplicaciones de realidad virtual, se puede emplear para asignar funciones interactivas correspondientes a toques detectados entre los dedos. Sin embargo, estos guantes no están diseñados para señalar y requieren una unidad de controlador conectado a los guantes con cables. Disponible para SGI, Sun, y el PC, el guante PinchGloves ya no se fabrica 5.6 Sistemas táctiles para RV La tecnología táctil es aquella que interactúa con el usuario mediante el sentido del tacto y que está dando lugar a grandes avances en el campo de la realidad virtual y realidad aumentada. Ya se puede teletransportar de forma virtual objetos reales a través del ciberespacio, se ha logrado que se pueda ʺtocarʺ la realidad virtual e incluso se ha hecho posible que se puedan sentir los movimientos de una pareja de baile generada por computador. Estos sistemas han ayudado a las personas en la exploración de los entornos virtuales, a través de aplicaciones en la industria aeroespacial, cirugía médica, industria de la cerámica, entre otras. Usada históricamente en teleoperación o telerobótica y actualmente en Sistemas de Realidad Virtual (VR) y la simulación. Los sistemas táctiles se dividen en dos grandes áreas. Sistemas de Force Feedback (o de respuesta de fuerza), los cuales están ya bastante desarrollados y existen muchos productos comerciales. Sistemas de Sensaciones táctiles, gestionan aquellas propiedades que más asociamos al tacto como textura, temperatura, etc. Estos sistemas continúan en fase de desarrollo. Su utilización responde claramente a la intención de dar una estimulación lo más completa posible al usuario, añadiendo los estímulos táctiles a los visuales y sonoros. No obstante, su utilización es más compleja que los estímulos visuales y sonoros debido a que su codificación no está unificada y hay muchas formas posibles de hacerlo. Existe una gran cantidad de datos de dispositivos históricos y contemporáneos en la web de la Comunidad de hápticos53, que sirven de referencia y apoyo para este tipo de sistemas, muchos de los sistemas táctiles están considerados sistemas hápticos. A continuación se explican las dos subcategorías de los sistemas táctiles: Sistemas de Force Feedback y Sistemas de sensaciones táctiles. 5.6.1 Sistemas de Force Feedback o de respuesta de fuerza Estos sistemas mediante diversos tipos de tecnologías, intentan dar al usuario una serie de sensaciones de fuerza y resistencia. La complejidad de la generación en tiempo real de estímulos de force feedback radica en el hecho que estos sistemas deben ser actualizados a 1000Hz (es decir 1000 veces por segundo). Si esto no se cumple, las sensaciones de fuerza y resistencia presenta interferencias de tipo vibración o pueden causar una lesión al usuario. 53 http://haptic.mech.northwestern.edu/database/ 83 Estado del Arte de la RV Habitualmente los sistemas informáticos no pueden cumplir la restricción de la actualización y por esta razón, habitualmente, los sistemas de force feedback llevan su incorporado su propio procesador. Este procesador genera en tiempo real ciertas sensaciones ciñéndose a la actualización de 1000Hz, esto significa que la aplicación de RV se descarga de esta responsabilidad, pero en contrapartida pierde el control total de estas sensaciones y debe adaptarse al repertorio que le ofrece el sistema táctil. Existen diversas tecnologías que se aplican a los Sistemas Force Feedback o de Respuesta de Fuerza: Tecnología de Joystick, Tecnología de Brazo robótico y Tecnología de Exoesqueleto. Sistemas de Force Feedback ‐ Tecnología de joystick La tecnología Joystick son sistemas que dan sensaciones de tipo vibrátil o de resistencia al desplazamiento y a la torsión. La sensación está pensada básicamente para mano y brazo. Por ejemplo, existen muchos joysticks para video consolas que dan un repertorio de sensaciones vibrátiles del tipo: Estar pilotando un helicóptero, estar disparando una ametralladora, etc. Algunos de estos sistemas comerciales son: Microsoft Sidewinder Force Feedback 2 Joystick, Logitech Flight System G940 Force Feedback Joystick o Thrustmaster RGT Force Feedback Racing Wheel. Figura 64. Microsoft Sidewinder (Izq.) y Logitech Flight System G940 (Der.) Sistemas de Force Feedback ‐ Tecnología de brazo robótico Estos sistemas están pensados para dar sensación de resistencia al desplazamiento, básicamente, la sensación se da a nivel de brazo en los sistemas grandes, a nivel de mano en los intermedios y a nivel de dedo en los pequeños. Por ejemplo, si se necesita que el usuario tenga la sensación de que ya no puede empujar un objeto porque ha chocado con otro, o bien sensaciones de elasticidad o fricción. El brazo desarrollado por la Universidad de North Carolina es un ejemplo experimental: Figura 65. Brazo de force feedback de la Universidad de North Carolina Los manipuladores Bilaterales Maestro‐Esclavo (MSMs), funcionalmente no son 84 Estado del Arte de la RV diferentes de los actuales sistemas hápticos, permite un manejo seguro, a distancia de material irradiado bajo el control humano y la visión indirecta (circuito cerrado de TV). Un brazo de control principal suele ser una reproducción mecánica extendida de un brazo remoto esclavo, los componentes están unidos por medio de cadenas, cables o algún otro sistema de movimiento electromecánico. “El más difundido de los brazos de control maestro para las aplicaciones de Realidad Virtual ha sido el usando en el modelado de molecular “GROPE IIIb Project” y la interacción táctil para las simulaciones de moléculas de sustrato, de la Universidad de Carolina del Norte en Chapel Hill (BROOKS, 1990). En cuanto a sistemas comerciales, la empresa SensAble54 lleva años desarrollando y comercializando sus sistemas Phantom: Figura 66. El Phantom de SensAble Inc. Fuente: Web de empresa SensAble Inc. Finalmente, para sensaciones de elasticidad y torsión, y aunque no es exactamente un brazo robótico, la Universidad de Tsukuba 55 desarrolló el sistema llamado “Haptic master is desktop force display”. Figura 67. Haptic Master is Desktop Force Display Fuente: Universidad de Tsukuba, Japón. Con el haptic Master, los usuarios pueden sentir la rigidez o el peso de los objetos virtuales con un dispositivo compacto de retroalimentación de fuerza (indicación de la fuerza) para uso de escritorio. Este manipulador de 6DoF emplea un mecanismo paralelo para aplicar las fuerzas de reacción a los dedos de mango del manipulador operador. El sistema se apoya con tres conjuntos de pantógrafos, cada pantógrafos es impulsado por tres motores de corriente continua accionados por PWM (Pulse Width Modulation). Ha sido desarrollado específicamente para uso de escritorio, el espacio de trabajo del centro de la plataforma es un volumen esférico aproximadamente 40 cm. de diámetro. El operador puede sentir las características físicas de tres tipos de objetos virtuales: 54 55 http://www.sensable.com/ www.tsukuba.ac.jp/english/ 85 Estado del Arte de la RV Superficie dura (no puede penetrar en la superficie), superficie elástica (puede empujar y deformar los objetos virtuales), Fluidos (la resistencia del fluido se puede sentir). Sistemas de Force Feedback ‐ Tecnología de exoesqueleto Los Exoesqueletos tienen una estructura mecánica paralela y sobrepuesta a las extremidades o cuerpo, con rotores y sensores en cada articulación. Poseen una alta precisión por lo que se utilizan en aplicaciones delicadas. La mayoría de estos dispositivos proporcionan a su vez salida táctil, presión y fuerza. Uno de los sistemas que proporcionan esta salida se denomina TouchSense™ desarrollado por la empresa Immersion Corporation56, esta tiene más de 1200 patentes de productos hápticos en EE.UU y en otros países. Existen dos tipos principales: los que utilizan pequeños motores en las articulaciones y los que tienen un sistema de cables de acero que pasan por unas guías hasta llegar a un módulo de control (como si fuese una tecnomarioneta). Los tipo de sistemas aplicados a la mano sirven para que el usuario tenga la sensación de estar cogiendo un objeto en su mano, y puede percibir su solidez y, hasta cierto punto, su forma. Las grandes empresas, ven al exoesqueleto como una tecnología prometedora, algunos fabricantes de este tipo de tecnología son la Japonesa Kawasaki, Honda, Toyota y Panasonic. Existen empresas no tan conocidas como Cyberdine, así como algunos prototipos desarrollados por universidades y centros tecnológicos. Figura 68. Movimiento para formas humanoides, con un Exoesqueleto Fuente: Web de Mauricio Gomez [sites.google.com/site/mgomez1974] Hay muchas empresas que apuestan por desarrollar mejores dispositivos, ofrece un futuro prometedor especialmente si es aplicado a la rehabilitación de personas con discapacidad, como la empresa Norteamericana Forcetek57, que ha fabricado tensores tipo Turnbukcle, se trata en realidad de un mando para videojuegos que pone resistencia a los movimientos de los brazos para dar mayor realismo durante el juego o cuando empujamos un objeto virtual o chocamos con una pared, etc. También la empresa Immersion58 comercializa estos sistemas. Web de la empresa Immersión: www.immersion.com Web de la empresa Forcetek: www.forcetekusa.com/ 58 Web de la empresa Immersion: www.immersion.com/ 56 57 86 Estado del Arte de la RV La empresa Cyber Glove Systems 59 , tiene dos tipos de guantes con tecnología de exoesqueleto el Cybergrasp y el Cyberforce. Cybergrasp: Es un sistema de retroalimentación de fuerza en los dedos y la mano. Permite llegar a el computador y captar objetos generada por la misma o tele‐manipulados. Cyberforce: Es una armadura de retroalimentación de fuerza, que no sólo transmite las fuerzas realistas de la mano y el brazo, sino también dispone de seis grados de libertad de rastreo de posición, lo que permite medir con precisión la traducción y la rotación de la mano en tres dimensiones Tabla 10. Guantes con tecnología de exoesqueleto Cybergrasp y Cyberforce Fuente: Cyber Glove Systems En un futuro probablemente una debilidad o parálisis en las piernas podrían ser compensadas con estos dispositivos a medida que las baterías se hagan más pequeñas o se encuentre la forma de reducir el consumo de energía, el peso y volumen de estos dispositivos. Otras opciones consisten en obtener energía del propio movimiento o calor corporal. 5.6.2 Sistemas de sensaciones táctiles Estos sistemas están pensados para dar sensaciones de rugosidad, textura, fluidez, etc., es decir aquellas sensaciones que habitualmente pensamos como táctiles. Hay muy pocos sistemas desarrollados en esta área y aún se encuentran en fase de prototipo. La tecnología usada por los Sistemas de sensaciones táctiles, tenemos: Tecnología por motores vibradores, Tecnología por burbujas de aire, Tecnología por terminales térmicas, Tecnología por pequeñas agujas ó pequeñas tensiones eléctricas Sist. de sensaciones táctiles ‐ Tecnología por motores vibradores Esta tecnología se fundamenta en unos motores que producen una vibración de frecuencia controlable. Se han realizado diversos estudios de percepción que narran como una vibración de una cierta frecuencia aplicada en una parte del cuerpo es interpretada por el sistema perceptual táctil del cuerpo como otro tipo de sensación. Por ejemplo, unos pequeños motores adaptados a los dedos de un guante y otro en la palma, dan un conjunto de sensaciones de textura, fluidez, tensión, etc. La empresa Immersion fabrica su guante CyberTouch Estos guantes de datos están formados de lycra con cables de fibra de vidrio para 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, cuenta con pequeños estimuladores vibrotáctiles en cada dedo y la palma de la mano, cada estimulador se 59 www.cyberglovesystems.com/ 87 Estado del Arte de la RV puede programar individualmente para variar la fuerza de la sensación táctil, posee bastante flexibilidad y portabilidad. La identificación de la posición deber realizarse con un rastreador adicional. Figura 69. Guante CyberTouch con tecnología táctil de Cyber Glove Systems Fuente: Cyber Glove Systems Otro dispositivo es el “Interactor feedback Vest” de la empresa Aura Systems Co. Es un chaleco que lleva incorporado un motor que puede dar al usuario la sensación de haber recibido un golpe en el pecho. Este dispositivo se utiliza en videojuegos de acción. Figura 70. El Interactor feedback vest de Aura Systems Fuente: Empresa Ausa System Co. Sist. de sensaciones táctiles ‐ Tecnología por burbujas de aire Esta tecnología se fundamenta en adaptar unas pequeñas bolsas inflables, especialmente a guantes, aunque existen versiones en vestidos de cuerpo completo, que controladas por un módulo puede dar la sensación de presión sobre un objeto y de su elasticidad, el módulo de control decide si inflarlas o desinflarlas. Un ejemplo de esto era el “Teletact glove” de la National Advanced Robotics, Research Centre in Salford. Figura 71. Teletact I, II y Teletact Commander Fuente: National Advanced Robotics Research Centre in Salford Sist. de sensaciones táctiles ‐ Tecnología por terminales térmicas La Universidad de Salford a través de su Departamento de Robótica, desarrolló también desarrollo el “Termal feedback glove”, un guante con terminales térmicas que pueden ser 88 Estado del Arte de la RV calentadas ó enfriadas desde un módulo de control. Esto permite al usuario saber si se está interactuando con un objeto virtual caliente ó frio. Figura 72. Termal feedback glove Fuente: National Advanced Robotics Research Centre in Salford Sist. de sensaciones táctiles ‐Tecnología por pequeñas agujas ó pequeñas tensiones eléctricas Se realizaron experimentos con un conjunto de pequeñas agujas acomodadas a la yema del dedo de un usuario, mediante este conjunto de agujas se puede dar la sensación de aristas de objetos virtuales o rugosidades de texturas. Como alternativa a la agujas también se ha experimentando con un conjunto de extremos eléctricos que dan una pequeñísima tensión eléctrica para dar unas sensaciones similares a las de las agujas, pero sin las dificultades mecánicas de miniaturización. Figura 73. El Exeter fingertip stimulator array Fuente: Universidad de Exeter Sist. de sensaciones táctiles ‐ Pantalla táctil de RV60 Ya se está intentando implementar sistemas de este tipo en paneles táctiles, utilizando distintas formas de tecnología, como campos electrostáticos, que añadirían sensación de “rugosidad” creando texturas en la superficie de la pantalla, o fluidos magnéticos debajo del panel, que conseguirían poner un relieve sobre los teclados en pantalla, pero estos sistemas parecen que no avanzan lo suficientemente rápido. Una de las interfaces futuras es la que está trabajando la empresa NEC y el Instituto de Tecnología de Tokyo, este 2012, ellos buscan implementar respuestas sensoriales a la interacción con pantallas táctiles, cuando se aplica presión en la pantalla, el dispositivo de respuesta tensa uno o más alambres en función de la dirección de la pulsación, de modo que esta se desplaza físicamente (muy ligeramente) creando una respuesta identificable que nos permita localizar un objeto en pantalla, o sentir alguna reacción 60 Noticia de la pantalla: http://www.smarttvnoticias.com/2012/03/26/nec‐esta‐desarrollando‐la‐pantalla‐tactil‐de‐realidad‐virtual/. Video de la pantalla táctil con sensación de fuerza: http://www.youtube.com/watch?feature=player_embedded&v=veP1BcdYrEY 89 Estado del Arte de la RV cuando algo colisiona con los bordes de la imagen, logrando una mayor precisión que la simple vibración a la que estamos acostumbrados. Figura 74. Pantalla táctil de RV Fuente: Web de Gizmologia Este sistema se encuentra en una fase de desarrollo relativamente temprana, y el prototipo actual es grande, como para que se pueda considerar su uso en dispositivos móviles como Tablets o Smartphones, aunque sería un sistema muy interesante para ordenadores personales de sobremesa, “todo‐en‐uno” táctiles, o incluso sistemas de navegación. Este prototipo es ruidoso (en perspectiva) y necesita sensores ópticos en el marco del dispositivo, de modo que no se podría implementar en pantallas sin borde, o con el cristal por encima de este. 5.7 Sistemas de refuerzo de situación y cinéticos El Sistemas de refuerzo de situación a una serie de sistemas que dan al usuario sensaciones cinéticas como velocidad, gravedad, aceleración, dirección, rotación, etc., a nivel de todo el cuerpo. Estos sistemas estimulan el sistema de equilibrio del oído interno, así como el sistema nervioso y motriz del usuario. Cuando al usuario se le están dando unos estímulos visuales de movimiento, ejemplo a bordo de un avión y este movimiento no corresponde en su sistema de equilibrio a lo que está viendo; esta falta de consistencia en los estímulos que reciben los sistemas sensoriales del usuario, provoca una incomodidad al sistema perceptual que resulta en mareo y nauseas. Su uso está sujeto a las aplicaciones que necesitan apoyo cinético a los estímulos visuales y sonoros. Por ejemplo, en simuladores de vuelo los estímulos le ayudan al usuario a entender las fuerzas que actúan sobre el avión para que pueda decidir qué maniobras son adecuadas realizar en ese momento. Se los puede dividir en sistemas de: plataformas móviles y sistemas motrices. 5.7.1 Sistemas de refuerzo de situación y cinéticos ‐ Plataformas móviles Los sistemas de refuerzo de situación móviles son llamados también actuators. Estos pueden ser pistones neumáticos, hidráulicos, electromagnéticos, etc. También pueden variar en tamaño, habiendo sistemas pequeños para una plataforma que sostenga una sola persona, hasta plataformas que pueden sostener toda una cabina de simulador de vuelo que pesa toneladas. Algunas características comunes son: Grados de Libertad: Determina si la plataforma puede hacer todas las traslaciones y rotaciones del espacio 3D. Muchas de ellas no pueden hacerlo. Por ejemplo, algunas 90 Estado del Arte de la RV plataformas utilizadas para videojuegos tan solo tienen rotación adelanta‐atrás, rotación derecha–izquierda y desplazamientos arriba–abajo. Velocidad de Respuesta o Inercia del Sistema: Es la velocidad con que el sistema puede cambiar de tipo de estímulo. Carga Máxima: Es el peso máximo que puede manipular la plataforma. Fuerzas Gravitatorias: Son las fuerzas que se pueden ejercer sobre el participante de forma que se puedan simular fuerzas centrípetas, ingravidez, etc. Se miden en Gs, lo cual significa que estas fuerzas se remiten a la fuerza de gravedad de la tierra como referente unitario. Plataforma de actuadores hidráulicos de 3 grados de libertad Cabina SEGA 360 de 3 grados de libertad en rotación. Simulador de vuelo en plataforma de actuadores hidráulicos Plataforma de actuadores electromagnéticos de 6 de 6 grados de libertad grados de libertad Figura 75. Plataforma y Cabinas de situación y cinéticos 5.7.2 Sistemas de refuerzo de situación y cinéticos ‐ Sistemas motrices Los sistemas de refuerzo de situación motrices, son sistemas mecánicos que ayudan al usuario a entender unos estímulos de movilidad dentro de una experiencia de Realidad Virtual. Dentro de la gran variedad que existe, se pueden encontrar sistemas tipo: bicicleta estática, diversos tipos de caminadoras, sistemas de generación de terrenos, etc. Cybertron que da 3 grados de libertad de rotación. Aplicación de ciclismo y efecto de viento. 91 Estado del Arte de la RV Omnidireccional Treadmill de Virtual Space Devices, Inc. Caminador en aplicaciones de entrenamiento militar. Figura 76. Sistemas de refuerzo de situación motrices 5.8 Sistemas misceláneos para captar información Hay un conjunto de tecnologías y sistemas que no se las pueden clasificar en ninguna de las categorías mencionadas, sin embargo son sistemas que utilizan algunos estímulos ó detectan ciertas propiedades del usuario muy particulares. Se pueden encontrar desde, simples células fotoeléctricas hasta complejos aparatos para medir el movimiento muscular de los ojos para saber dónde está mirando el usuario. Revisemos algunas de ellas: Detección del movimiento de los ojos: Para hacer el seguimiento de la mirada del usuario. Existen dos tecnologías: una detección de la actividad muscular alrededor del ojo y otra mediante un sistema de cámara de vídeo que detecta la posición de la pupila. Detectores de presión sanguínea: Miden los cambios de tensión en el usuario y dan un valor entre 0 y 255. Existen algunas aplicaciones que lo utilizan para conseguir que una persona estresada consiga tener un autocontrol que le permita relajarse. Sensores de temperatura: Normalmente para detectar la temperatura del cuerpo del usuario. Sensores de respiración: Hay dos tipos, unos miden el ritmo de respiración y otros miden la expansión o contracción torácica. Detectores de colores: Uno de los guantes más curiosos, denominado “Guante de Color” 61 es el presentado por Robert y. Wang del MIT y Jovan Popovic de Advanced Technology Labs de Adobe y University of Washington, en lugar de tener sensores como los otros, este tiene colores, que una cámara capta para localizar la mano, lo que le permite el seguimiento de la mano en tiempo real, a los sistemas de visión artificial les resulta difícil reconocer lo que ven, pero el guante multicolor les ayuda. Figura 77. Guante de color Fuente: Web [people.csail.mit.edu/rywang/hand] http://www.youtube.com/watch?feature=player_embedded&v=3JWYTtBjdTE y http://people.csail.mit.edu/rywang/hand 61 92 CAPÍTULO 6 – SOFTWARE USADO EN EL DESARROLLO DE LA RV Los sistemas de software de RV son aquellos programas encargados del desarrollo de alguna parte de la experiencia de Realidad Virtual. Por medio de ellos podemos dar movimiento a los objetos, hacer que el mundo aparezca ante nosotros desde una perspectiva diferente cuando miramos alrededor, simular situaciones tanto cotidianas como imposibles, y permitir que una persona interactúe con los elementos que le rodean. Las aplicaciones de realidad virtual, muestran una gran interdisciplinariedad, por lo que su desarrollo se hace a partir del trabajo de profesionales en distintos ámbitos: diseñadores gráficos modeladores, programadores, ingenieros electrónicos, etc. Esto da lugar a un amplio abanico de herramientas especializadas, muchas de las cuales no son exclusivas del ámbito de la realidad virtual, así pues, no existe un software específico que permita hacerlo todo. Las diversas subcategorías que se presenta tienen relación con las fases de desarrollo de una aplicación de Realidad Virtual y son los más utilizados. 6.1 Herramientas de programación Los lenguajes de programación tipo C/C++ evidentemente no son exclusivos de la realidad virtual, sin embargo dan control total sobre los algoritmos, gestión de entradas y salidas, comportamientos, etc., y por lo tanto son muy útiles. Existe lo que se conoce por “Librerías de programación”, estas librerías aportan una funcionalidad de más alto nivel a lenguajes como el C/C++. En toda aplicación de realidad virtual hay ciertos elementos que siempre aparecen y por lo tanto no tiene sentido programarlos una y otra vez. Es aquí donde radica el interés de estas librerías. 6.1.1 VRML (Virtual Reality Modeling Language) Existe un lenguaje completo de programación de experiencias de RV, como es el VRML (Lenguaje para Modelado de Realidad Virtual), se ha convertido en el estándar para la creación de mundos virtuales no inmersivo. Su historia inició en 1994, desarrollado por Mark Pesce y Toni Parisi Tiene como objetivo la representación de gráficos interactivos tridimensionales; diseñado particularmente para su empleo en la web. Consiste en un formato de fichero de texto en el que se especifican los vértices y las aristas de cada polígono tridimensional, además del color de su superficie. Es posible asociar direcciones web a los componentes gráficos así definidos, de manera que el usuario pueda acceder a una página web ó a otro fichero VRML de Internet cada vez que se seleccione el componente gráfico en cuestión. 93 Estado del Arte de la RV El Consorcio Web3D formado por universidades, empresas, individuos independientes, desarrolladores, usuarios, etc. ha sido creado para desarrollar este formato, por lo tanto su definición no obedece a unos intereses comerciales en concretos. Su filosofía multiplataforma le hace utilizable, prácticamente en cualquier tipo de sistema informático. Su primera especificación fue publicada en 1995, la versión actual funcionalmente completa es la VRML 97 (ISO/IEC DIS 14772‐1).VRML, actualmente este lenguaje está evolucionando hacia su nueva versión llamada X3D (Extensible 3D). Figura 78. Metodología de diseño VRML efectivo El consorcio Web3D, como una forma de fortalecer esta herramienta de programación, en el 2008 desarrollo una metodología de diseño para VRML, en donde se explica paso a paso la secuencia que se debe seguir para construir una aplicación. 6.1.2 X3D X3D62, es un lenguaje informático para gráficos vectoriales definido por una norma ISO, que puede emplear tanto una sintaxis similar a la de XML como una del tipo de VRML (Virtual Reality Modelling Language). X3D amplía el VRML con extensiones de diseño y la posibilidad de emplear XML para modelar escenas completas en tiempo real. X3D es la sucesora mejorada de VRML, sin embargo, la especificación del VRML97 y muchas herramientas de VRML son todavía muy útiles y lo seguirá siendo mientras que los desarrolladores actualicen sus productos para soportar X3D. 6.2 Plataformas, Api, IDE de desarrollo para RV PLATAFORMA: Una plataforma de desarrollo es el entorno de software común en el cual se desenvuelve la programación de un grupo definido de aplicaciones. Comúnmente se encuentra relacionada directamente a un sistema operativo; sin embargo, también es posible encontrarla ligada a una familia de lenguajes de programación ó a una Interfaz de programación de aplicaciones 62 www.web3d.org/realtime‐3d/ 94 Estado del Arte de la RV API: Una interfaz de programación de aplicaciones (API), representa la capacidad de comunicación entre componentes de software. Se trata del conjunto de llamadas a ciertas bibliotecas que ofrecen acceso a ciertos servicios desde los procesos y representa un método para conseguir abstracción en la programación, generalmente (aunque no necesariamente) entre los niveles ó capas inferiores y los superiores del software. Uno de los principales propósitos de una API consiste en proporcionar un conjunto de funciones de uso general, por ejemplo, para dibujar ventanas o iconos en la pantalla. De esta forma, los programadores se benefician de las ventajas de la API haciendo uso de su funcionalidad, evitándose el trabajo de programar todo desde el principio. Las APIs asimismo son abstractas: el software que proporciona una cierta API generalmente es llamado la implementación de esa API. IDE: Un IDE es un entorno de programación que ha sido empaquetado como un programa de aplicación, es decir, consiste en un editor de código, un compilador, un depurador y un constructor de interfaz gráfica (GUI). Los IDEs pueden ser aplicaciones por sí solas o pueden ser parte de aplicaciones existentes, permite ir visualizando el resultado del desarrollo, aporta comportamientos predefinidos para los objetos, interfaces predefinidas, entre otras. Las características principales de este tipo de entornos son: Visualización de la jerarquía de objetos del entorno y de las transformaciones: Así como las librerías específicas de realidad virtual gestionan estas jerarquías para liberar al programador, los entornos de desarrollos además dan una visualización en forma de árbol de esta jerarquía para poder gestionarla sin necesidad de programar. Además se dan funcionalidades del tipo añadir objeto a la jerarquía Importación de un amplio abanico de formatos de geometrías: Permite importar geometrías de objetos que directamente a la escena y situarlos mediante una interfaz gráfica. Visualización del posicionamiento y organización de objetos en el entorno: Aportan una ventana de visualización (o previsualización) del entorno para poder organizar y situar los objetos sin tener que dar las transformaciones geométricas involucradas de forma numérica. Repertorio de comportamientos asignables a objetos: Aportan un amplio abanico de algoritmos de comportamientos que se pueden asociar a los objetos de forma transparente al desarrollador. Es decir, si que deba preocuparse por entender los procesos que hay por debajo. Repertorio de interfaces utilizables en la definición de la interacción del usuario con la experiencia: Aportan un amplio abanico de interfaces de interacción prediseñadas para que se definan con base de la experiencia aún que el desarrollador deba entender los procesos y algoritmos involucrados. Gestión de interfaces físicas: Se libera al desarrollador, no solo de programar los drivers de las interfaces físicas, sino también de la forma en que se mapean sobre las acciones de los objetos, del sujeto virtual o de las acciones globales de la experiencia. Esto resulta en un entorno de desarrollo muy accesible a desarrolladores noveles y permite un desarrollo mucho más rápido. La desventaja es que se pierde mucho control sobre aquello que se quiere llevar a cabo ya que no se puede entrar a modificar en detalle. Para esto es necesario bajar a nivel de programación, por lo que, muchos entornos aportan un lenguaje de scripting que permite una cierta programación a medida. 95 Estado del Arte de la RV 6.2.1 Plataformas, Api, IDE ‐ OpenGL (Open Graphics Library) OpenGL es una especificación estándar que define una API63 multilenguaje y multiplataforma para escribir aplicaciones que produzcan gráficos 2D y 3D. La API consiste en más de 250 funciones diferentes que pueden usarse para dibujar escenas tridimensionales complejas a partir de primitivas geométricas simples, tales como puntos, líneas y triángulos. Fue desarrollada originalmente por Silicon Graphics Inc. (SGI) en 1992 y se usa ampliamente en CAD, Realidad Virtual, representación científica, visualización de información y simulación de vuelo. También se usa en desarrollo de videojuegos, donde compite con Direct 3D en plataformas de Microsoft Windows. Hay implementaciones eficientes de OpenGL para Mac OS, Microsoft Windows, GNU/Linux, varias plataformas Unix y PlayStation 3 En el 2006 se anunció que OpenGL pasaría al ARB al Grupo Khronos (formado por AMD, Apple, Blizzard, Intel Graphics Controllers, nVIDIA, otros), el subgrupo de Khronos que gestiona la especificación de OpenGL se denomina “OpenGL ARB Working Group”. Existe una variante la OpenGL ES (OpenGL for Embedded Systems), esta variedad simplificada de la API gráfica OpenGL diseñada para dispositivos integrados tales como teléfonos móviles, PDAs y consolas de videojuegos. OpenGL ha influido en el desarrollo de las tarjetas gráficas, promocionando un nivel básico de funcionalidad que actualmente es común en el hardware comercial; algunas de esas contribuciones son: Primitivas básicas de puntos, líneas y polígonos rasterizados. Proceso en la pipeline de gráficos. Una pipeline de transformación e iluminación. Z‐buffering. Mapeado de texturas. Alpha blending. La última versión es la OpenGL 4.2, publicado el 8 de agosto de 2011, soportan las tarjetas gráficas: Nvidia GeForce 400 series, Nvidia GeForce 500 series, ATI Radeon HD 5000 series, AMD Radeon HD 6000 Series, ATI Radeon HD 7000 series. Se han programado varias bibliotecas externas que añaden características no disponibles en el propio OpenGL, algunas de ellas son: GLU: Ofrece funciones de dibujo de alto nivel basadas en primitivas de OpenGL. Las funciones de GLU se reconocen fácilmente pues todas empiezan con el prefijo glu. Tiene funciones adicionales como NURBS, esferas, discos, etc. GLUT: API multiplataforma que facilita una rudimentaria funcionalidad para el manejo de ventanas e interacción por medio de teclado y ratón. GLUI: Interfaz de usuario basada en GLUT; proporciona elementos de control tales como botones, cajas de selección y spinners. Es independiente del sistema operativo, sustentándose en GLUT para manejar los elementos dependientes del sistema. GLX: Interfaz de OpenGL con el sistema X Window System 63 API: Interfaz de programación de aplicaciones 96 Estado del Arte de la RV 6.2.2 Plataformas, Api, IDE – OpenSG 64 OpenSG es un sistema portátil scenegraph para crear programas de gráficos en tiempo real, por ejemplo, para aplicaciones de Realidad Virtual. Se desarrolla siguiendo los principios de Open Source (LGPL) y se puede utilizar libremente. Se ejecuta en Windows, Linux, Solaris y MacOS X y se basa en OpenGL. Sus principales características son las de multithreading avanzado (multihilos) y agrupaciones de apoyo, aunque es perfectamente utilizable en sistemas de un solo hilo. El proyecto se inició, al igual que muchos otros sistemas, al final de la extinción de scenegraph en 1999, cuando el proyecto de Microsoft y SGI ʹs Fahrenheit se terminó. OpenSG no debe confundirse con OpenSceneGraph que es una API completamente diferente, el desarrollo empezó casi al mismo tiempo, y ambos eligieron nombres similares. 6.2.3 Plataformas, Api, IDE – OpenSceneGraph 65 OpenSceneGraph es una API de código abierto de gráficos 3D utilizada por los desarrolladores de aplicaciones en campos como la simulación visual, juegos de computador, realidad virtual, aplicaciones científicas de visualización y modelado. El kit de herramientas está escrito en C + + usando OpenGL, y se ejecuta en una variedad de sistemas operativos incluyendo Microsoft Windows, Mac OS X, Linux, IRIX, Solaris y FreeBSD. El desarrollo de OpenSceneGraph comenzó en 1998 por Don Burns, y luego se unió Robert Osfield en 1999. El proyecto no hace un seguimiento de las descargas y no tiene manera de medir el número de usuarios activos. A partir de 2006, la lista de distribución OSG de los usuarios superaron los 1.500 abonados. 6.2.4 Plataformas, Api, IDE – OpenGL Performer 66 OpenGL Performer™ es una interfaz de programación potente y completo para los desarrolladores que crean en tiempo real de simulación visual y otros profesionales orientados al rendimiento de las aplicaciones gráficas en 3D. El kit de herramientas simplifica el desarrollo de aplicaciones que se utilizan para la simulación visual, la fabricación, el diseño basado en la simulación, realidad virtual, visualización científica, el entretenimiento interactivo, transmisión de video, arquitectónico caminar a través, y el diseño asistido por computador. Este software proporciona una sofisticada gestión multiproceso y multicanal que abarca una amplia gama de complejas aplicaciones gráficas. El último gran lanzamiento, OpenGL Performer ™ 3.1, está construida sobre el estándar de la industria OpenGL ® biblioteca de gráficos, interopera con OpenGL Voluminizador ™, OpenGL Multipipe SDK ™ y OpenGL Vizserver ™, incluye tanto ANSI C y C + + fijaciones, y está disponible para el IRIX ® del sistema operativo, Linux ®, Windows ® XP y Windows ® 2000. http://www.opensg.org/ http://www.openscenegraph.org/projects/osg 66 http://oss.sgi.com/projects/performer/ 64 65 97 Estado del Arte de la RV 6.2.5 Plataformas, Api, IDE – VRT de Superscape 67 El VRT es el software de desarrollo integrado de SUPERSCAPE para la creación de mundos virtuales interactivos. Incorpora todos los editores necesarios para el desarrollo completo de cualquier aplicación sin necesidad de software o hardware adicionales. Elegido mejor software por la industria de Realidad Virtual, el VRT se ha convertido en el estándar para la creación de aplicaciones profesionales. Además, VRT permite la incorporación de elementos de iluminación, proyección de sombras, reflejos y hasta texturas para los materiales, lo que permite aumentar el realismo de los diferentes mundos virtuales que se vayan a crear. Consta de varios módulos independientes que permiten la creación, modificación e integración de los distintos elementos que conforman un mundo virtual, los más importantes son: el Shape Editor (editor de objetos), el World Editor (editor de mundos), además del editor de imágenes, editor de layout, el editor de sonido, el editor de teclado, el editor de recursos (crear menús, cuadros de alerta y cuadros de diálogo para comunicarse con el usuario). Además VRT incluye el SCL (Lenguaje Superscape control), que puede ser usado para controlar los objetos del mundo virtual y realizar acciones que no podrían ser realizadas por las rotaciones automáticas o funciones de movimiento. Cuenta con varias extensiones opcionales entre las que destacan: Superscape Networks, que permite la creación de mundos virtuales en red local. Superscape Developer’s Kit, que permite la interconexión de mundos virtuales con dispositivos de otros fabricantes. Superscape Visualiser, sistema integrado de visualización, audio y control. La empresa Superscape fue adquirido por Glu Mobile en el 2008. 6.2.6 Plataformas, Api, IDE – Superscape SDK (Superscape Developers Kit) El SDK, Versión 5.01, permite al usuario ampliar el sistema Superscape añadiendo más funciones que serían imposible de llevar a cabo utilizando únicamente el VRT. El SDK, es una extensión opcional del VRT para programadores en C/C++ que quieran interpretar el código Superscape a bajo nivel. El Application Program Interface (API) da acceso abierto al software Superscape proporcionando una enorme flexibilidad en la aplicación EL Superscape Developers Kit está hecho para facilitar la creación de Aplicaciones, Requiere compilador C y un linker que pueda producir 32 bit DLLS (recomendado WATCOM C/C++ 10.0a o superior). El manual de más de 500 páginas es la referencia clave para comprender todos los aspectos del funcionamiento del SDK, desde compilar programas hasta llamar a funciones de dispositivos de control. 6.2.7 Plataformas, Api, IDE – VRJuggler 68 La plataforma VRJuggler, desarrollada por Allen Douglas Bierbaum, (BIERBAUM, 2000) fue creada para permitir una mayor abstracción del hardware utilizado por una aplicación de realidad virtual. VRJuggler define un modelo de programación en que se descompone una aplicación, ofrece cinco gestores: 67 68 http://www.rsmweb.com/html/vrt.htm http://vrjuggler.org/ 98 Estado del Arte de la RV 1. 2. 3. 4. 5. Configuración: gestiona la configuración de la aplicación y permite su modificación durante la ejecución; Rendimiento: Ofrece estadísticas de rendimiento de la aplicación, Entrada: Controla los dispositivos de entrada diferentes, Pantalla: Gestiona la pantalla, Dibujo: Representación de implementos. Cada gestor tiene un conjunto de clases que el usuario puede ampliar para incluir en su propio código. Este enfoque permite abstraer la aplicación de software utilizada para representar y gestionar la interacción periférica. VRJuggler también proporciona un conjunto predeterminado de clases predefinidas para el uso de dispositivos hápticos, a través de clases fundamentadas en VRPN o Trackd y renderizadores diferentes, tales como OpenGL Performer ó OpenSceneGraph. Estas facilidades permiten al desarrollador concentrarse en los códigos y no preocuparse acerca de su organización. Sin embargo el rendimiento de estos gestores, se lleva a cabo secuencialmente por un microkernel dentro de un bucle interactivo. La Aplicación VRJuggler queda también limitada por el funcionamiento síncrono, la plataforma VRJuggler está diseñada para aplicaciones de realidad virtual que no requieren simulaciones pesadas. Proporciona una capa de abstracción de los dispositivos de interacción y los dispositivos de visualización. 6.2.8 Plataformas, Api, IDE – Quest 3D 69 Quest3D es la conjunción de un motor de videojuego con una plataforma de desarrollo, generalmente se usa para arquitectura, diseño de producto, videojuegos, software de entrenamiento, realidad virtual, visualización arquitectónica, serious games, simuladores, TV y cine. Los datos y animaciones son importados de paquetes CAD tales como Maya, 3D Studio Max y AutoCAD, a Quest3D donde son utilizados para la creación de aplicaciones interactivas 3D en tiempo real. Quest3D es un producto desarrollado por Act‐3D B.V. en Holanda, su primera versión fue publicada en septiembre del 2001. Quest3D ha evolucionado en su versión 4.0 y posteriores, permitiendo implementar aplicaciones siguiendo un paradigma de diseño orientado a objetos. Una de las características más importantes de Quest3D es la metodología de programación, de una forma totalmente diferente a la de los habituales lenguajes de programación, tales como el C++, el entorno de desarrollo de Quest3D es casi por completo visual. Otra característica destacable es el hecho de que el programador puede modificar la aplicación mientras esta se ejecuta. Esto significa que no existe compilación de código como en los entornos de programación habituales. Las aplicaciones Quest3D se desarrollan conectando componentes funcionales, denominadas Channels. Los Channels vinculados componen una estructura de árbol, que representa la estructura del programa que se implementa. El árbol de cajas negras se ejecuta por completo una vez (al menos) por frame, invocando a cada channel. Lo que se obtiene como resultado es una aplicación 3D en tiempo real. 69 http://www.quest3d.com/ 99 Estado del Arte de la RV Como no hay fase de compilación, o interpretación de un lenguaje de scripting, ya que los Channels son cajas con su código precompilado (implementadas en Dynamic Link Libraries), el rendimiento de las aplicaciones es el mismo en fase de diseño que en ejecución, característica muy apreciada cuando se desarrollan aplicaciones en tiempo real. El entorno de Quest3D consiste en diferentes editores especializados en la creación de la aplicación: Editor de ʺÁrbol de Channelsʺ, modificación de características de los objetos 3D (modelos 3D), animaciones, programación High Level Shading Language (HLSL) y programación LUA Script entre otros. Las aplicaciones finalizadas pueden ser publicadas en diferentes formatos, para permitir su visualización en diferentes medios: Fichero ejecutable standalone (plataforma Microsoft Windows) y visor WEB basado en control ActiveX. Los navegadores soportados en la actualidad son Internet Explorer y FireFox. Algunas funcionalidades del motor 3D requieren hardware más específico: Windows 2000, Windows XP, Windows Vista (64 o 32 bit) y DirectX 9, 256 MB RAM, Procesador de 1Ghz, Tarjeta gráfica compatible con DirectX, 32 MB de memoria gráfica, 400MB de espacio en disco duro. Las licencias se pueden adquirir tanto para uso comercial como educacional. 6.2.9 Plataformas, Api, IDE – VR4MAX El Software VR4MAX se usa para crear aplicaciones profesionales de VR que van desde las visualizaciones de diseño interactivo hasta simuladores sofisticados, incluyendo simulación de la física exacta y relación con los controles reales y / o aplicaciones de terceros, es desarrollado por la empresa Tree C. Techonology70. El flujo de trabajo habitual de VR4MAX es bastante simple: Crear un modelo en cualquier software que se puede exportar a un formato legible por el 3D Studio. Importar para 3D Studio. Aplicar los materiales si se desea. Agregar las características requeridas de RV usando los ayudantes VR4MAX y las propiedades de las utilidades de VR4MAX. Exportar a un archivo VMX. Abrir el archivo VMX (en VR4MAX Navigator Pro), y realizar los cambios que se desee en los ajustes. VR4MAX, es la manera más fácil de interactuar con los modelos interactivos de 3ds Max, para aplicaciones de Realidad Virtual. VR4MAX es el plug‐in de Autodesk 3ds Max que transforman los modelos 3D completamente renderizados en una experiencia interactiva en tiempo real. El entorno de RV ofrece una navegación fácil, un renderizado rápido, incluso con los modelos más grandes, fotorrealistas y un sistema de atmósfera para crear espectaculares cielos y condiciones climáticas muy realistas. VR4MAX tiene dos componentes específicos: VR4MAX Generator y VR4MAX Extreme. VR4MAX Generador: Es el juego de herramientas completo para crear aplicaciones de realidad virtual, consta de dos módulos: Translator, proporciona las herramientas para terminar de preparar sus modelos en el entorno de 3ds Max, incluyendo utilidades para crear animaciones, también un motor de física y un motor de secuencia de comandos están disponibles. Los usuarios de 3ds 70 Web de la empresa Tree C. Techonology: http://www.tree‐c.nl/ 100 Estado del Arte de la RV Max aprecian el entorno de creación y el fácil flujo de trabajo de modelo en realidad virtual. Navigator Pro, es el entorno de realidad virtual para navegar e interactuar con los modelos, incluyendo características útiles como los modos de navegación, visión y configuración de la cámara, los siguientes terrenos, la deformación, la representación estereoscópica, sistema de corrección, la atmósfera y mucho más. VR4MAX Extreme: Multi‐canal de proyección, vínculos con múltiples PCs en un clúster y proporciona salida para estancias de realidad virtual cúbicas, salas panorámicas inmersivas, mesas / escritorios, paredes de alta resolución de imagen, y varios monitores de escritorio en cualquier configuración. VR4MAX Extreme compatible con proyección estereoscópica activa y pasiva y una variedad de rastreo y dispositivos señaladores. Implementa tecnología avanzada de múltiples subprocesos para obtener el máximo rendimiento de los equipos con varios procesadores. Esta tecnología aplica procesadores dedicados a realizar tareas especiales dentro del entorno virtual, como el cálculo de la física, el procesamiento de sonido posicional, control de simulación, etc. VR4MAX Extreme, soporta Conferencing VR, por lo que VR4MAX es una herramienta de colaboración completa y escalable para una amplia variedad de usuarios de distintas disciplinas profesionales. Varios usuarios pueden navegar dentro de un entorno en tiempo real de realidad virtual, al mismo tiempo y desde cualquier lugar del mundo. VR4MAX Extreme Conferencing VR tiene una alta rentabilidad por el ahorro de tiempo y dinero en viajar en revisiones de proyectos, etc. 6.2.10 Plataformas, Api, IDE – 3DVIA Studio y 3DVIA Virtools VR Library 71 3DVIA Studio, es un conjunto de herramientas de última generación que viene de los desarrolladores de 3DVIA Virtools (antes solo Virtools), que tiene más de 15 años en aplicaciones interactivas 3D, de inmersión o en línea, prototipado rápido y desarrollo robusto a gran escala, lenguajes de programación visual y visualización avanzada. A continuación se presentan las principales características de una lista de 3DVIA Studio. Posee un poderoso lenguaje basado en C++, llamado Virtools Scripting Language (VSL), que complementa el esquema de 3DVIA Studio editor y SDK, para procesar secuencias de comandos, así como los proyectos de depuración. 3DVIA Virtools VR Library / VR Publisher, es un complemento para 3DVIA Virtools 5, que permite a los desarrolladores crear inmersión total, llena de realismo, utilizando periféricos estándar de la industria VR y/o PC basado en la computación distribuida (clúster de PC). El VR Publisher, permite el despliegue de las composiciones creados con el VR Library, dispone de centros remotos de control y registro; así como de herramientas apropiadas de configuración y administración para el administrador y el usuario final. Las tecnologías Virtools han demostrado ser la plataforma ideal para la creación de aplicaciones de Cuevas de RV 72 . La programación se realiza en entorno de alto nivel. La complejidad 71 www.3dviavirtools.com 101 Estado del Arte de la RV inherente al desarrollo de CAVE de grupo ya no es un obstáculo, el programador se puede concentrarse en la creación de aplicaciones eficaces. 3DVIA Virtools 5 para la VR Library, DirectX/OpenGL compatible con tarjetas aceleradoras gráficas 3D, Windows 2000/XP/Vista 32 o 64 bits. 6.2.11 Plataformas, Api, IDE – OpenSpace3D 73 La empresa I‐Maginer se ha posicionado como una empresa de servicio tanto en el software libre y como editor de una plataforma de desarrollo de código libre y abierto llamada “OpenSpace3D”, esta es una plataforma de código abierto para el desarrollo de proyecto en 2D y 3D en tiempo real. Esta plataforma cuenta con un conjunto de herramientas como: Herramientas y facilidades Descripción Editor completo Todo se hace para dar a las interfaces de usuario simple y amigable para el proyecto en 3D. Sistema PlugITs Crear aplicaciones completas mediante el ensamblaje de las funciones sin necesidad de programación. Implementación simple Funciones de exportación automáticas para desplegar las aplicaciones. Publicación en la Web Herramientas de publicación del proyecto en 3D en la web y utilizarlo en cualquier navegador Potente Gráficos Tienen acceso de alto nivel para el motor Ogre 3D Física Motor de física de Newton integración Flash con Diseño de interfaces propias y menús. Integradas con flash directamente en 2D ó 3D Efectos avanzados Efectos avanzados con Shaders Ogre, partículas, efectos de procesamiento posterior y mucho más. Importación Bienes Importa contenido de 3DSMax, Blender, Photoshop, Flash, otros. de 72 Web de la empresa 3D http://www.3ds.com/fileadmin/PRODUCTS/3DVIA/3DVIAVirtools/Resources/datasheets/ds_VR_Publisher_3DVIA_eng_LR. pdf 73 http://www.openspace3d.com/lang/en/softwarelogiciel/ 102 Estado del Arte de la RV Herramientas y facilidades Descripción Interfaz Hombre‐ Computador Permite añadir herramientas wii, joypad, BCI y más para crear aplicaciones de realidad virtual. Redes Permite funciones de red y del servidor java para OpenSpace3D para crear aplicaciones multiusuario Multimedia Posee funciones multimedia para reproducir sonido y videos, síntesis de voz y reconocimiento de voz Abierto y Libre OpenSpace3D, es software de uso libre y código abierto, lo que le permite acceder al código fuente. Tabla 11. Herramientas y facilidades de OpenSpace3D 6.2.12 Plataformas, Api, IDE – NetJuggler 74 La plataforma NetJuggler fue desarrollada en el Laboratorio de Informática Fundamental de Orleans y fue la primera extensión de apoyo a la plataforma VRJuggler en correr en un clúster de PC. Esta característica se introdujo a también en la extensión ClusterJuggler75 desarrollada por el equipo de desarrollo de VRJuggler y que ahora está integrado en VRJuggler 2.0. En estas plataformas la distribución del cálculo se realiza en los nodos, mediante la reproducción del código de la aplicación. El código que se ejecuta en cada máquina es idéntico, sólo cambian los archivos de configuración para la visualización, que permiten especificar diferentes puntos de vista para cada máquina. Este enfoque no mejora el rendimiento de la aplicación, lo que hace es ayudar a distribuir la visualización. Se puede aplicar VRJuggler en un entorno CAVE, como un banco de trabajo o en una pantalla de vídeo. Sin embargo, la estructura misma del VRJuggler no puede fácilmente desincronizar el código de simulación del usuario. 6.2.13 Plataformas, Api, IDE – OpenMASK 76, 77 OpenMASK, Kernel/Kit de Simulación y Animación Modular/Multi‐Hilos Abierto, proviene de la combinación del entorno GASP78 y el trabajo de tesis de Margery79 . El modelo definido por OpenMASK propone un método de más alto nivel, en comparación con los modelos mencionados anteriormente. La aplicación es deformada en un conjunto de partes Allard J., Gouranton V., Melin E. et B. Raffin: Parallelizing pre‐rendering computations on a Net Juggler PC cluster. In IPTS 2002, 2002. 75 Olson, Eric Charles. Cluster juggler – pc cluster virtual reality. Mémoire de D.E.A., Iowa State University, 2002. 76 OpenMASK. http://www.irisa.fr/siames/OpenMASK/. 77 P. Fuchs, G. Moreau et J. Tisseau : Le traite de la realite virtuelle, volume 3, chapitre 12, pages 335–368. Les Presses de l’Ecole des Mines de Paris, 3 ´edition, 2007. 78 S. Donikian, A. Chauffaut, T. Duval et R. Kulpa.: Gasp: from modular programming to distributed execution. In Computer Animation’98, IEEE, Philadelphia, USA, june 1998. 79 D. Margery: Environnement logiciel temps‐réel distribué pour la simulation sur réseau de PC. Thése de doctorat, Université de Rennes 1, 2001. 74 103 Estado del Arte de la RV especializadas, pero compuesta de objetos con nombre, OSO (Objetos simulados OpenMASK), que puede poner en práctica una simulación, la descripción de un objeto virtual o un tipo de interacción. Por ejemplo, en un entorno virtual que simula el comportamiento de una multitud, cada uno estará representado por un objeto OpenMASK. Por consiguiente, es un enfoque orientado a multi‐agente. El nivel de granularidad del objeto queda a la discreción del desarrollador, Por ejemplo, un vehículo puede ser considerado como un objeto o como un conjunto de objetos (motor, chasis, las ruedas, etc.). La creación e implementación de los objetos y su interconexión y el acoplamiento se apoyan en objetos denominados núcleos. En la aplicación de la organización de OpenMASK el Núcleo para la ejecución de los códigos paralelos o distribuidos son proporcionados por OpenMASK, lo que le permite respaldar la ejecución en las estaciones de multiprocesador, o clúster de PC. La plataforma OpenMASK también ofrece una abstracción del sistema y la arquitectura, ofreciendo Núcleos para los sistemas de Irix, Linux, MacOS y Windows. Figura 79. Esquema de aplicación OpenMASK Fuente: JUBERTIE, SYLVAIN, 2007. Web [www.univ‐orleans.fr/] Para comunicar objetos entre sí, cada objeto tiene una interfaz que consiste en puntos de E/S que permiten la interconexión de los objetos de otras aplicaciones. Y el punto de entrada de un objeto está conectado a un punto de salida de otro objeto. Puntos especiales de acceso le permiten ajustar los parámetros de control de un objeto o de captura de eventos. En este último caso un código específico se activa para producir una respuesta apropiada para el evento. Desde la perspectiva de la programación, OpenMASK es un modelo sincrónico, proporciona facilidades para la creación dinámica de objetos sobre la iniciativa del usuario o por el núcleo de la demanda de objetos de otras aplicaciones, como crear un espejo de objeto en el caso de una consulta en un de objetos distribuidos. Al igual que VRJuggler, muchos objetos predefinidos están integrados en el estándar OpenMask para formar la plataforma de VR‐OpenMASK. Entre estos objetos se encuentra un ejemplo de visualización de las bibliotecas de objetos que integran OpenSG Ogre y, fundamentado en objetos de interacción VRPN o en objeto de la biblioteca de audio OpenAL. Existen otros entornos de desarrollo para RV, como: WorldUp de Sense8, 104 Estado del Arte de la RV Alice, de Randy Pausch y su equipo del User Interface Group (Computer Science Department, Universidad de Virginia), Motivate, especializado en definir y describir comportamientos de personajes virtuales, de la empresa Motion Factory, 6.3 Frameworks para RV Conjunto integrado de componentes que colaboran para proporcionar una arquitectura reutilizable para una familia de aplicaciones. En el desarrollo de software, un framework o infraestructura digital, es una estructura conceptual y tecnológica de soporte definido, normalmente con artefactos o módulos de software concretos, con base a la cual otro proyecto de software puede ser más fácilmente organizado y desarrollado. Típicamente, puede incluir soporte de programas, bibliotecas, y un lenguaje interpretado, entre otras herramientas, para así ayudar a desarrollar y unir los diferentes componentes de un proyecto. Algunas frameworks usadas para RV son: Equalizer, Avango, inVRs 6.3.1 Frameworks ‐ Equalizer Equalizer es una plataforma abierta para la visualización de alto rendimiento, utiliza una licencia open sourcer que permite el uso tanto en los productos de código abierto, como los comerciales. Es software de conectividad estándar permite crear y desplegar en paralelo aplicaciones basadas en OpenGL. Se permite que las aplicaciones se beneficien de múltiples tarjetas gráficas, procesadores y computadores para escalar el rendimiento de la representación, la calidad visual y el tamaño de la pantalla. Una aplicación Equalizer, se ejecuta sin modificaciones en cualquier sistema de visualización, a partir de una simple estación de trabajo hasta los clúster gráfico de alta escala, multi‐GPU estaciones de trabajo e instalaciones de Realidad Virtual. La componen: Sequel, que es una interfaz de fácil acceso para el marco de ecualizador de representación paralela, y permite el rápido desarrollo de los clúster de aplicaciones multi‐GPU. GPU‐SD, es un daemon80 y una librería para encontrar y reconocer las unidades de procesamiento gráfico con ZeroConf81. Se utiliza para la configuración automática de las aplicaciones de Equalizer. Collage, es una librería C + +, para crear aplicaciones heterogéneas y distribuidas. Es el servidor de clúster de múltiples subprocesos de Equalizer. Equalizer permite visualización de grandes volúmenes de datos, una aplicación de Equalizer puede agregar la potencia de los múltiples procesadores, tarjetas gráficas y computadores para escalar el rendimiento de la representación, la calidad visual y tamaño de la pantalla. Esto permite que virtualmente cualquier conjunto de datos que se rendericen a cualquier resolución, a velocidades de fotogramas interactivas, pueda tener recursos suficientes de hardware. Las aplicaciones de Equalizer, se puede ejecutar sin problemas en las instalaciones de Realidad Virtual con representación estereoscópica activa y pasiva, así como el seguimiento de la cabeza de uno ó varios observadores. 80 DAEMON: Disk And Execution MONitor, es un tipo especial de proceso informático no interactivo, es decir, que se ejecuta en segundo plano en vez de ser controlado directamente por el usuario. 81 ZeroConf, es un conjunto de técnicas que permiten crear de forma automática una red IP sin configuración o servidores especiales 105 Estado del Arte de la RV Soporta diversas plataformas de trabajo como: Windows 7 y XP, ia32 y x86_64, Linux IA32, x86_64, X11/glX y Mac OS X 10.6, 10.5 Universal, X11/glX, Carbon / support AGL. 6.3.2 Frameworks ‐ Avango 82 AVANGO es un software multi‐plataforma gratuito diseñado para aplicaciones interactivas, distribuidas de Realidad Virtual. Es compatible con una amplia gama de configuraciones, que van desde PCs de escritorio a grandes instalaciones inmersivas de RV. AVANGO facilita el desarrollo rápido de aplicaciones de inmersión en 3D, ofreciendo técnicas eficientes para muchas tareas comunes de RV. Sus características incluyen: Apoyo a la distribución a través de varios equipos de una manera directa, módulos integrados para la ejecución de pantallas de realidad virtual (como el soporte de dispositivos, los menús en 3D y la configuración de visualización). Aunque AVANGO se basa en el concepto de un escenario gráfico, no es una implementación gráfica de escenas en sí. En su lugar, se construye sobre un conocido framework gráfico de escena, de código abierto, es decir encapsula a OpenSceneGraph. AVANGO no es un motor de juego, es un motor potente y flexible para las aplicaciones 3D interactivas y dinámicas, algo que también es útil para juegos en 3D. AVANGO no ofrece soporte integrado para muchas tareas comunes de juego. Está diseñado para proveer un resguardo flexible y extensible para aplicaciones escalables de RV, lo que podría ser un excesivo solo para un juego. Está principalmente desarrollado para Linux, pero existen puertos para Microsoft Windows y Mac OS X. Está disponible bajo la licencia LGPL v3. 6.3.3 Frameworks – inVRs (interactive networked Virtual Reality system) 83 Para mejorar el proceso de desarrollo de entornos virtuales (VEs) en red y Entornos Virtuales (NVEs) los inVRs (sistema interactivo de realidad virtual en red) proporciona el marco de un enfoque claramente estructurado para el diseño de Entornos Virtuales altamente interactivo y sensible. Se compone de tres módulos independientes, uno para la interacción, uno para la navegación, y otro para la comunicación de red, dos capas de interfaz para apoyar una variedad de la producción y dispositivos de entrada, y un núcleo de sistema que almacena y gestiona el estado de los Entornos Virtuales. Se ha desarrollado siguiendo los principios del código abierto (LGPL) y se puede utilizar libremente. Se ejecuta en Windows, Linux, Mac, e IRIX. R. Kuck, J. Wind, K. Riege, and M. Bogen, Improving the AVANGO VR/AR Framework ‐ Lessons Learned, 5th Workshop Virtuelle und Erweiterte Realität der Fachgruppe VR/AR VDTC, Magdeburg, Germany, 2008. http://www.avango.org/ 83 Web de sistema interactivo de realidad virtual en red: http://www.invrs.org/ 82 106 Estado del Arte de la RV 6.3.4 Frameworks – VR JuggLua 84 VR JuggLua VR, un framework de alto nivel, para aplicaciones de realidad virtual, basado en la combinación de Lua (lenguaje dinámico, interpretado y de extensión) con VR Juggler y OpenSceneGraph. Permite que las funciones de las aplicaciones inmersivas sean escritas totalmente en Lua, y también es compatible con la incorporación del motor de Lua en C + +. Como nativo de C + + VR Juggler, las aplicaciones de RV JuggLua pueden ejecutarse con éxito en sistemas que van desde una máquina de escritorio único hasta un clúster de 49 nodos. 6.4 Sistema operativo ‐ Syzygy 85 El entorno Syzygy, está especialmente diseñado para aprovechar las arquitecturas de clúster de PC. Syzygy es una aplicación creada mediante el ensamblaje de los distintos componentes que ofrece el entorno para la gestión de lo visual, de los sonidos, y de los dispositivos de entradas y salidas. Syzygy ofrece dos modos de funcionamiento: Gráfico de modo de escena distribuida, consiste en asignar diferentes partes de la aplicación en los nodos involucrados; Modo maestro‐esclavo consiste en replicar el código de aplicación y sincronizar la ejecución de las diferentes instancias, como NetJuggler. Estos métodos se fundamentan en un sistema operativo distribuido llamado Phleet 86 que soporta la iniciación y finalización de procesos, gestión de comunicaciones y la sincronización entre los procesos y la reconfiguración dinámica de la aplicación. El sistema Phleet proporciona funcionalidades comparables a los de un sistema operativo distribuido y permite la abstracción del tipo de nodo utilizado y del sistema operativo. Desde el intérprete de comandos, Phleet se parece a una colección de archivos ejecutables. Desde el punto de vista del programador Phleet’s, es una simple clase en C++. Syzygy hace que sea posible poner en marcha una aplicación heterogénea de arquitectura distribuidas. El desarrollo se limita a este frame de aplicación y es imposible de operar como un código de representación diferente sin tener que reprogramar Syzygy. En este caso se debe utilizar el modo maestro‐esclavo, que tiene los mismos inconvenientes que NetJuggler. 6.5 Bibliotecas ó Librerías de programación para RV Las Bibliotecas ó librerías son sólo recomendables para equipos de desarrollo expertos ya que no son herramientas amigables de usar, en el sentido que no disponen de un entorno gráfico de usuario que facilite la visualización de lo que se va desarrollando, existen muchas herramientas de este tipo de las cuales se destacan dos: http://iastate.academia.edu/RyanPavlik/Papers/1625532/VR_JuggLua_A_Framework_for_VR_Applications _Combining_Lua_OpenSceneGraph_and_VR_Juggler 85 Schaeffer B. et C. Goudeseune: Syzygy, Native pc cluster VR. In IEEE VR Conference, 2003. http://illinois.academia.edu/CamilleGoudeseune/Papers/828799/Syzygy_native_PC_cluster_VR 86 B. Schaeer, Networking Management Framewoks for Cluster‐Based Graphics, Urbana 51, 61801. 84 107 Estado del Arte de la RV OpenGL y Direct3D ofrece mucho control sobre lo que se está haciendo, pero son adecuadas sólo para aplicaciones donde se representen pocos objetos muy sencillos (entornos poco realistas). Aunque también podemos encontrar otras librerías gráficas como Table, OpenGL for Java (GL4Java), y Java bindigngs for OpenGL (JOGL) El WorldToolKit (WTK) de la empresa Sense8, fue la primera herramienta de este tipo en salir al mercado, el DIVE del Sweedish Institute of Computer Science (SICS), MiddleVR for Unity (antes de Unity Technologies, ahora de Autodesk). Las principales características de las librerías de programación son: Estructuración del entorno en una jerarquía de objetos: se libera al programador de la tarea de gestionar los objetos del entorno como elementos geométricos aislados. Gestión de la alimentación de los objetos a la máquina gráfica: se libera al programador de las tareas asociadas con el tratamiento de los objetos a nivel de polígonos, materiales y texturas, y de su alimentación optimizada al sistema gráfico del computador. Gestión de alto nivel de las transformaciones geométricas: se libera al usuario de las tareas asociadas con las transformaciones geométricas sobre polígonos de los objetos y con la propagación de transformaciones en estructuras jerárquicas de objetos. Gestión del bucle principal de la aplicación: se libera al programador de realizar la gestión del bucle principal de la aplicación que debe mantener actualizadas las lecturas de las interfaces de entrada, los comportamientos de los objetos, la situación del sujeto virtual, la generación de los estímulos de salida, etc. Gestión de drivers de las interfaces físicas: libera al programador de desarrollar sistemas gestores de la comunicación entre el computador y las interfaces físicas, aportando un amplio abanico de drivers. Gestión de comportamientos asociados a objetos: permite asociar comportamientos programados a objetos sin tener que realizar un seguimiento específico una vez que se han asociado y puesto en marcha. Gestión de las transformaciones del punto de vista virtual: libera al programador de la gestión específica del punto de vista virtual asociado al sujeto virtual y de todas las transformaciones involucradas. Importación de un amplio abanico de formatos de geometrías: libera al programador de tener que programar la lectura de archivos de geometrías 3d, de las cuales existen una gran diversidad. 6.5.1 Bibliotecas ó Librerías de programación ‐ Java3D Es un API de gráficos 3D desarrollada por Sun como una extensión del JDK del lenguaje de programación Java. Tienen como objetivo principal facilitar la creación y representación de escenas tridimensionales en el computador, así como la animación e interacción con las mismas. Java 3D utiliza el concepto de Grafo de una escena para la representación de escenas tridimensionales 6.5.2 Bibliotecas ó Librerías de programación ‐ MiddleVR for Unity 87 MiddleVR para Unity 3, es el complemento del Software Unity 3D, para trasladar las capacidades de inmersión a las aplicaciones de Unity 3D en pocos minutos, MiddleVR agrega las siguientes capacidades a Unity: 87 http://www.imin.fr/middlevr‐for‐unity/ 108 Estado del Arte de la RV Escala de una visualización con perspectiva centrada en el usuario, Soporte para dispositivos de interacción 3D tales como rastreadores 3D. S3D ‐ estereoscopía (activa, pasiva), Varias pantallas/multi‐equipos de sincronización para mejores resoluciones en los sistemas de RV MiddleVR soporta la mayoría de los sistemas de Realidad Virtual: CUEVA, Cubo de inmersión, Holostage, Holobench, Powerwall, Cascos HMD, monitores 3D y TV 3D. Soporta la mayoría de los dispositivos de interacción, a través del VRPN88 (Red de Realidad Virtual periférica), como: Intersense ES‐900, DTrack ART, Flystick2 Vicon, NaturalPoint OptiTrack. A través de la integración de controladores específicos como: Microsoft Kinect (Microsoft Kinect SDK), Razer Hydra, Gametrak, PNI SpacePoint fusión, Análisis de movimiento (en beta). 6.5.3 Bibliotecas ó Librerías de programación ‐ getReal3D 89 getReal3D es un plug‐in90 que hace que el motor de juego de la Unidad compatible con equipos de realidad virtual como la CAVE ™ ó los cascos HMD. Con getReal3D, los mundos virtuales ya pueden integrar: 3D estéreo, para una sensación de presencia y realismo Multi‐pantalla, una mayor inmersión a través de un mayor campo de visión y resolución de píxeles Seguimiento de la cabeza y mano, para una interacción más intuitiva, con la perspectiva centrada en el visor que le permite caminar dentro y alrededor de los objetos en 3D, permite también recoger objetos y usar gestos naturales de interactuar El Display soporta CAVE™, CURV™, FLEX™, PowerWall™, TV en 3D, monitor en 3D, y HMD (Head Mounted Display). Los dispositivos de interacción y seguimiento, getReal3D utiliza el estándar de la industria Trackd ™ y son compatible con los sistemas de detección más comunes de movimiento y dispositivos de entrada. Compatible con el editor y en tiempo de ejecución de Unity 3.3. Funciona en Microsoft Windows ® 7. 6.5.4 Bibliotecas ó Librerías de programación ‐ Direct3D Direct3D es parte de DirectX (conjunto de bibliotecas para multimedia), propiedad de Microsoft, consiste en una API para la programación de gráficos 3D. Está disponible tanto en los sistemas Windows de 32 y 64 bits, como para las consolas Xbox y Xbox 360. El objetivo de esta API es facilitar el manejo y trazado de entidades gráficas elementales, como líneas, polígonos y texturas, en cualquier aplicación que presente gráficos en 3D, así como efectuar de forma transparente transformaciones geométricas sobre dichas entidades. Web de Red de Realidad Virtual Periférica: http://www.cs.unc.edu/Research/vrpn/ Web official de getReal3D: http://www.mechdyne.com/getreal3d.aspx 90 Plug‐in: es un módulo de hardware o software que añade una característica o un servicio específico a un sistema más grande. 88 89 109 Estado del Arte de la RV Direct3D provee también una interfaz transparente con el hardware de aceleración gráfica. Se usa principalmente en aplicaciones donde el rendimiento es fundamental, como aplicaciones de RV y de videojuegos, aprovechando el hardware de aceleración gráfica disponible en la tarjeta gráfica. Direct3D está compuesto por dos grandes APIs: El modo inmediato: Da soporte a todas las primitivas de procesamiento 3D que permiten las tarjetas gráficas (luces, materiales, transformaciones, control de profundidad, etc.). El modo retenido: Construido sobre el modo inmediato, presenta una abstracción de nivel superior ofreciendo funcionalidades reconstruidas de gráficos como jerarquías o animaciones, este modo ofrece muy poca libertad a los desarrolladores, siendo el modo inmediato el que más se usa. A partir de la versión de Windows Versión 8, el SDK de DirectX está incluido como parte del SDK de Windows. El principal competidor de Direct3D es OpenGL, desarrollado por Silicon Graphics Inc. 6.5.5 Bibliotecas ó Librerías de programación – Mesa 3D 91 Es una implementación de código abierto de la especificación de OpenGL, fue inicialmente diseñado para sistemas Unix/X11, pero también está disponible para otros sistemas como Amiga, Apple Macintosh, BeOS, NeXT, OS/2, MS‐DOS, VMS, Windows 9x/NT. Es un sistema para la representación de los gráficos 3D interactivos. Una variedad de controladores de dispositivo permite a Mesa ser utilizado en muchos entornos diferentes que van desde la emulación de software para la aceleración de hardware completa para las GPU moderna. Mesa 3D es similar a OpenGL, hasta el punto que utilizan la misma sintaxis de comandos en la máquina de estados, uno de las características importantes en Mesa es el renderizado denominado “off‐screen” el cual facilita la generación de imágenes 3D sin tener que abrir una ventana en la pantalla para realizarlo. Mesa enlaza con varios otros proyectos de código abierto: la infraestructura de representación directa y X.org para proporcionar soporte OpenGL para los usuarios de X en Linux, FreeBSD y otros sistemas operativos. Para poder utilizar Mesa se debe contar con un compilador ANSI C y un ambiente de desarrollo particular 6.5.6 Bibliotecas o Librerías de programación – CAVELib 92, 93 CAVELib fue desarrollado para conducir las plataformas de realidad virtual tipo CAVE, que requiere de precisión sobre las múltiples superficies. CAVELib es la API original, desarrollado y comercializado por Mechdyneʹs Software Division. El software se comercializó en 1996 y posteriormente fue potencializado por VRCO Inc. Para permitir una representación distribuida es posible utilizar varias tarjetas gráficas en un computador, por ejemplo usando el SGI Onyx. La aplicación se divide en varios procesos que afectan la gestión de las interfaces, simulación, y la prestación de aprovechar estas arquitecturas Web de Mesa 3D: http://www.mesa3d.org/ Web de Cavelib: http://www.mechdyne.com/cavelib.aspx 93 Cruz‐Neira C., Sandin D.J., DeFanti T.A., Kenyon R.V. The CAVE: Audio Visual Experience Automatic Virtual Environment, volume 35. Communications of the ACM, june 1992. 91 92 110 Estado del Arte de la RV multi‐procesador. Sin embargo, este enfoque está limitado al número de placas puede ser instalado en una máquina. Una solución a una distribución más grande es la de distribuir cada parte a una máquina diferente. CAVELib permite que estos dos enfoques (Dividir la aplicación en varios procesos y distribuir a una máquina más grande): en el primer caso se crean varios procesos de representación, mientras que en el segundo caso, la aplicación se replica en los diferentes nodos. Sin embargo, este enfoque está estrechamente relacionado con el uso de Cueva como plataforma. La API CAVELib es independiente a la plataforma, permitiendo a los desarrolladores crear aplicaciones de alto nivel de realidad virtual en los sistemas operativos Windows y Linux (IRIX, Solaris, y HP‐UX ya no son compatibles). Las aplicaciones fundamentadas en CAVELib son configurables externamente en tiempo de ejecución, haciendo la aplicación ejecutable independiente del sistema de visualización. 6.5.7 Bibliotecas ó Librerías de programación ‐ V‐Realm Builder 94 Una de las herramientas más populares para programar modelos matemáticos es el software de MATLAB, que cuenta con una herramienta útil para programar ambientes de realidad virtual, que es el software V‐Realm Builder, esta herramienta de permite la creación, edición e importación de modelos en 3‐D para crear los entornos virtuales, con la ventaja de que se puede crear los objetos 3D de forma gráfica, está disponible solamente para el sistema operativo Windows. Prácticamente es una herramienta de edición de archivos VRML (Virtual Reality Modeling Language), que provee una interfaz amigable con este tipo de archivos. Si bien esta herramienta es sencilla, es poderosa y amigable. La interfaz grafica del usuario no solo ofrece una representación gráfica de un escenario en 3D y herramientas interactivas para la creación de elementos gráficos, además muestra una representación en diagrama de árbol de todos los elementos que componen al ambiente de realidad virtual. La versatilidad de V‐Realm Builder permite realizar la programación en su “lenguaje nativo” y poder manipular, crear ó modificar fácilmente objetos dentro de los escenarios. 6.5.8 Bibliotecas ó Librerías de programación ‐ libGlass 95 LibGlass, es una biblioteca gratuita para crear aplicaciones para tecnologías de sistemas distribuidos que permiten a las aplicaciones para trabajar con procesamiento paralelo, centrándose en el alto rendimiento, alta calidad visual, aplicaciones de bajo retardo, en particular, aplicaciones de realidad virtual y aumentada. Las aplicaciones son construidas mediante la reutilización de los componentes disponibles según sea necesario. Uno de los objetivos principales de LibGlass es ser una librería fácil de usar, no sólo es adecuado para las nuevas aplicaciones, sino también para el código heredado. Esta es una característica importante, ya que la mayoría de las soluciones disponibles para la computación distribuida requiere una cantidad sustancial de reescritura de código heredado. Licencias LGPL. 94 95 http://www.springerlink.com/content/v7913n14q7757p74/ http://libglass.sourceforge.net/ 111 Estado del Arte de la RV 6.5.9 Bibliotecas ó Librerías de programación ‐ OpenGL for Java (GL4Java) GL4Java puede ser visto como una extensión de JAVA, con una parte que utiliza OpenGL nativo y otra propia en lenguaje JAVA, esta funciona bajo Unix, GNU/Linux, Solaris, Irix, Windows 9x‐NT, Macintosh OS 9.Y.Z. OpenGL para Java, no presenta grandes cambios sobre OpenGL, la diferencias en cuanto a la construcción de un escenario, se basa en el lenguaje en que se programará el manejo de los diferentes dispositivos de entrada, en este caso java. Aparte de esta diferenciación, los procesos para el correcto pintado de los objetos es el mismo y en el código las funciones son las mismas, con una pequeña diferencia de sintaxis que es casi imperceptible para el programador. 6.5.10 Bibliotecas ó Librerías de programación ‐ Java bindings for Open GL (JOGL) Esta librería fue desarrollada y creada por Sun MicroSystems, por dos desarrolladores llamados Ken Russell y Chris Kline, esta es una de las librerías más robustas creadas para Java, nacida por la necesidad creciente de reunir este lenguaje orientado a objetos con una librería gráfica como OpenGL. JOGL se basa en la utilización de JNI (Java Native Interfaz), como mecanismo de comunicación entre los métodos nativos de OpenGL y el lenguaje java, permitiendo tener facilidad en la creación de las funcionalidades y presentando los mismos servicios del API gráfico de OpenGL. 6.5.11 Bibliotecas ó Librerías de programación ‐ Pets 96 PETSc es acrónico de “Portable, Extensible Toolkit for Scientific Computation”, es un conjunto de estructuras de datos y rutinas diseñadas como una solución escalable para aplicaciones científicas. Es fácilmente utilizable en varios entornos, incluyendo una variedad de compiladores y sistemas operativos. Es extensible, debido a la estructura modular de PETSc, capaz de aceptar extensiones con nuevas funcionalidades, está pensada para proyectos de gran escala, de hecho hace uso del estándar tecnológico MPI (Message Passing Interface) para paralelizar las tareas. Pudiendo trabajar tanto en sistemas de memoria compartida como en sistemas de varias computadoras conectadas (cluster). El proyecto que engloba PETSc fue fundado por el Departamento de Energía de Estados Unidos, comenzó a desarrollarse con dos programadores en 1991. Fue creado como plataforma de experimentación, principalmente enfocado a problemas de modelización, discretización y resolución de sistemas de ecuaciones. Hoy es desarrollado por el “Argonne National Laboratory” y de la mejora de PETCs se encargan 8 desarrolladores. PETSc se crea para ser uso usado en grandes proyectos, muchos proyectos de cómputo en curso de la ciencia se construye alrededor de las bibliotecas de PETSc. Por otra parte, su diseño cuidadoso permite que los usuarios experimentados tengan control detallado sobre el proceso de la solución. PETSc incluye opciones para desarrollo de ecuaciones paralelas y de la integración lineal, no lineal; que se integran fácilmente en los códigos escritos en C, C++, 96 Página oficial de Pets: http://www.mcs.anl.gov/petsc/, Más información de la Biblioteca matemática PETSc : https://forja.rediris.es/docman/view.php/796/1144/PETSc_intro.pdf 112 Estado del Arte de la RV FORTRAN y Python. Proporciona rutinas para montaje paralelo, de matriz y de vector que permitan traslapar las operaciones de comunicación y de cómputo. 6.5.12 Bibliotecas ó Librerías de programación ‐ Librerías de sonido El sonido es un aspecto muy importante de la realidad virtual, aunque frecuentemente se le presta poca atención. A pesar de que el desarrollo alcanzado en materia de gráficos 3D es impresionante, aún no es lo suficientemente realístico, ni abarca todo el potencial del sistema sensorial humano: un ambiente virtual tiene baja resolución, no puede esconder su apariencia de “gráfico de ordenador”, y no es probable que pueda ser confundido con la realidad. Por el contrario, la tecnología de reproducción del sonido es muchísimo más avanzada. El sonido digital exhibe tanta o más resolución que la del propio oído humano. El software de edición de sonido digital permite cortar, insertar, pegar, mezclar y enlazar los sonidos del ambiente virtual. En este ámbito podemos encontrar, al igual que las librerías gráficas 2D y 3D, librerías de sonido que permiten su gestión. Algunas de ellas son: OpenML, SDL y OpenAL. También podemos encontrarnos algunos paquetes de desarrollo de videojuegos con capacidades de audio como Allegro. OPENML: (Open Media Library) Es una librería de código abierto que permite su trabajo en multiplataforma. Captura, transporta, procesa, visualiza y sincroniza diferentes medios como los Gráficos 2D/3D y los flujos de audio/video. Permite la sincronización de flujo a por muestra; y, soporta OpenGL para procesamiento de video acelerado, el control de visualización profesional y los flujos asíncronos entre aplicaciones de hardware. SDL: (Simple Directmedia Layer) Incorpora la API completa de control de sonido de CD. Permite la reproducción de sonido de 8 y 16 bits, tanto en mono como en estéreo. El sonido se ejecuta en una pista separada por call‐back. Utiliza mezcladores de software. OPENAL: (Open Audio Library) Es una librería interfaz software del hardware de audio. Soporta salidas multicanal especializado simulando espacio 3D. No son soportados conceptos 2D como panning o canales derecho o izquierdo. También funciona en multiplataforma y es fácil de usar. Posee un funcionamiento similar al API OpenGL en estilo de codificación y convenciones. Incluye extensiones compatibles con IA‐SIG ED Level 1 y 2: direccionalidad de la fuente de sonido, atenuación en la distancia, efecto Doppler y efectos como reflexión, obstrucción trasmisión y reverberación en lo que concierne a efectos de entorno. ALLEGRO: Entre sus características más relevantes podemos indicar que en lo relativo a Midi, incluye un MIDI nativo con hasta 64 efectos simultáneos, control dinámico, note on/off, volumen principal, pan, picht bend, parches generales MIDI (SF2 an GUS parches. En lo referente a Wave, dispone de formatos WEV y VOC, con bucle adelante, atrás o bidireccional. Integra streaming audio. Incluye cambio de volumen, pan, pitch, etc. durante la reproducción. 6.5.13 Bibliotecas ó Librerías de programación ‐ Librerías de dispositivos hápticos Existen también librerías para facilitar la introducción de dispositivos hápticos en aplicaciones informáticas que disponen de utilidades básicas agrupadas y descritas en dos librerías de programación: HLAPI y HDAPI. 113 Estado del Arte de la RV HDAPI: Es una librería de bajo nivel desarrollada con el objetivo de proporcionar al desarrollador un control directo de las funcionalidades del dispositivo. Posee utilidades que permiten controlar la configuración del dispositivo durante la ejecución de la aplicación, realizar el cálculo de detección de colisiones mediante la descripción de ecuaciones o algoritmos, la comprobación del estado del dispositivo, la generación de fuerzas indicando la intensidad, dirección e instante de aplicación. Básicamente la librería HDAPI es una capa funcional de bajo nivel para aproximar el manejo del dispositivo al procesador en el que se ha desarrollado la aplicación, facilitando así la programación del mismo. HLAPI: Esta librería de alto nivel, ha sido desarrollada sobre la capa que proporciona la librería HDAPI, y su diseño se ha basado en los conceptos tradicionales del desarrollo de gráficos tridimensionales, especialmente en la librería de OpenGL, con el objetivo de que la programación del dispositivo sea más accesible y sencilla para aquellos desarrolladores que, estando familiarizados con aplicaciones gráficas de realidad virtual, no lo estén con entornos de programación de dispositivos hápticos. La utilización de sus funciones es más sencilla puesto que oculta al desarrollador aquellas operaciones directamente relacionadas con el control del entorno háptico, como son la detección de colisiones o el cálculo y generación de fuerzas en el dispositivo en modo seguro, es decir comprobando que la fuerza a enviar no es tan brusca o intensa que pueda llegar a dañar al dispositivo o a los objetos o personas que estén en su radio de alcance. Otra ventaja que ofrece el hecho de que la librería HLAPI esté basada en los conceptos de programación de OpenGL es la posibilidad de reutilizar código, facilitando así la introducción del dispositivo en una aplicación de realidad virtual. También es destacable que la programación a alto nivel apoyándose en OpenGL supone una gran eficiencia en la sincronización de los hilos hápticos y gráficos. 6.5.14 Bibliotecas ó Librerías de programación ‐ Software Libre para RV Nombre Desarrollado Qv1win16.zip Paper Software, Inc. QvLib VRML Parser Library Paul Strauss y GavinBell, Silicon Graphics. QvLib Reverse Parser Tenet Networks. Qvnt0615.zip Torgeir Viemo, Institutt for Informatikk. Omnicode. QvTraverse Jan Hardenbergh. QvLib with OpenGL Descripción y plataforma de trabajo Es una versión de QvLib para Windows 3.1. El código fue una combinación del código original de Paul Strauss que se desarrollo para SGI y el de Win32. La biblioteca de código VRML, QvLib, es un conjunto de rutinas desarrolladas en C++ que pueden leer los archivos VRML con un analizador sintáctico (Parser). El archivo de salida es un árbol creado por el analizador sintáctico, el cual puede ser convertido en transverso debido a un programa que genera una vista o traducción del mismo a un entorno VRML. Programa adicional que reemplaza la fuente qvtraverse.cpp que viene con QvLib que genera el árbol creado por el analizador sintáctico. Es una versión de QvLib que soporta OpenGL para visualizar nodos o estructuras sencillas, como son: cubos, esferas, cilindros, cámaras en perspectiva, etc. Esta es otra versión de QvLib portada a Win32. Código fuente en C++ que añade OpenGL a las llamadas a rutinas de QvLib para formar un sencillo árbol transversal creado por el analizador sintáctico para el VRML. 114 Estado del Arte de la RV Nombre Desarrollado Yacc/Lex VRML Parser SICS DIVE. Amber DIVE Labs. Desk 3D Graphics Library. Brian Paul, University of Wisconsin. Open Inventor Descripción y plataforma de trabajo Código fuente en C, Yacc y Lex para analizar sintácticamente un archivo VRML. Este programa simplemente verifica las inexactitudes del archivo VRML. Las acciones semánticas pueden ser añadidas para construir el árbol creado por el analizador sintáctico. Conjunto de clases en C++ que habilitan a los desarrolladores la posibilidad de crear espacios virtuales distribuidos y complejos sobre varias plataformas. Se encuentra disponible una versión shareware de Amber para Windows NT. Las versiones para Windows 3.1 y Windows 95 se empezaran a vender la primera semana de octubre y la versión para Silicon Graphics será a partir del 15 de octubre. Biblioteca de funciones para gráficos en 3D con una API la cual es muy similar a OpenGL. Herramienta orientada a objetos para gráficos en 3D, fundamentada en OpenGL desarrollada por Silicon Graphics. El formato de archivos de Inventor fue la base para la especificación VRML 1.0. Actualmente se encuentra disponible para varias plataformas. Además de las características de visualización, Inventor incluye soporte para el manejo de eventos, manipulación directa de gráficos en 3D, lectura y escritura de archivos, búsqueda por atributos, animación, monitoreo de datos, Silicon Graphics, como también un tipo de sistema jerárquico de tiempo de ejecución. Lo Inc. más interesante en Inventor es su enfoque orientado a objetos y el poder que ofrece a los desarrolladores para mejorar y extender sus capacidades a la medida de las necesidades del sistema. Open Inventor es la base del visor de espacios virtuales, WebSpace, el cual es el primer visor comercial disponible actualmente en el mercado, el cual fue desarrollado por Silicon Graphics y se vendieron los derechos a la compañía Template Graphics Software para desarrollos en otras plataformas. Tabla 12. Software Libre para RV 6.6 Aplicaciones para desarrollo de entornos en CAVE 6.6.1 Aplicaciones para desarrollo de CAVE ‐ Cave 5D 2.0 97 El software original Cave5D fue desarrollado en la Universidad de Wisconsin por Paul Brian Hibbard, Glen Wheles, Lascara Cathy y Hibbard Bill, para la VROOM en Siggraph en 1994. Estuvo a cargo de la Universidad de Old Dominion desde finales de 1995. Combina el uso de la Vis5D versión 5.2 y librearías CAVE para crear un entorno virtual en donde los archivos Vis5d se puedan ver. Dentro Cave5D se puede ver el conjunto de datos con mayor resolución mostrando mucho más detalle en la simulación del modelo, se puede ampliar la imagen de datos y girar la vista para una mejor interpretación de la simulación. También permite una mayor flexibilidad al ofrecer muchas opciones que se pueden agregar en un archivo de configuración En la versión, Cave5D 2.0, se ha mejorado algunas de sus características para aumentar su funcionalidad, actualmente es de 64 bits, tiene una interfaz que permite a los usuarios cambiar los valores de configuración sin tener que salir del programa. Al visualizar los datos en la cueva, los usuarios ahora tienen la posibilidad de seleccionar una parte de la simulación para ver. Esto es muy útil mientras se visualiza simulaciones largas. Incluye una opción para activar 97 Web de la Cave 5D: http://www.mcs.anl.gov/~mickelso/CAVE2.0.html 115 Estado del Arte de la RV el mapa resolución topografía elevada. Tiene opción de cambiar la cantidad de procesadores que se ejecutan en Cave5D. 6.6.2 Aplicaciones para desarrollo de CAVE – Cave5UT 98 CaveUT fue concebido en el 2000 y liberado el 2001, no fue ampliamente usado, pero logró notoriedad como una herramienta de aprendizaje y una demostración de cómo el hardware de los productos básicos de bajo costo puede ser utilizado para la realidad virtual. CaveUT es de e código abierto, su versión actual es la CaveUT 2. Gerke Max Preussner de Virtual Heroes, Inc., reescribió por completo el código base y la estructura, Jeffrey Jacobson supervisó el diseño de interacción, la documentación, las pruebas y requisitos. El costo del desarrollo se pagó con fondos de la Organización PublicVR99. CaveUT puede ser utilizado por sí mismo, pero es mucho más eficiente cuando se utiliza con VRGL (Virtual Reality Games Network). CaveUT 2.5 es un conjunto de modificaciones para el juego Unreal ® Tournament 2004, con el propósito de proveer de forma asequible para los investigadores el poder crear pantallas de inmersión, a bajo costo. Cada pantalla puede ser un monitor de computador o una proyección producida por un proyector digital estándar, y el usuario puede disponer de hasta 32 pantallas en cualquier orientación para el espectador, cada pantalla actúa como una ʺventanaʺ en el mismo mundo virtual en 3D, y si ellos se conjugan, forman un display inmersivo compuesto. Figura 80. Pantalla de la CaveUT La pantalla CaveUT, utiliza cuatro áreas de proyección para rodear el usuario, una idea similar a la CAVE™ (CRUZ‐Neira, 1993). Un equipo independiente (PC que ejecute Microsoft ® Windows ®) impulsa cada proyector, y el otro equipo actúa como la consola del operador. Todos los computadores están conectados a través de una LAN estándar. CaveUT se asegurará de que las vistas se sincronizan para crear la ilusión de un mundo virtual contiguo. Adicionalmente proporciona un cursor que puede moverse en todas las pantallas de la “Pantalla compuesta”. Permite al usuario seleccionar los objetos activos para desencadenar los acontecimientos, que el desarrollador tiene que programar. Cuando se utiliza con VRGL, CaveUT puede soportar múltiples pantallas de proyección de cúpula. La instalación de CaveUT viene con un paquete separado, UtVRPN, que permite al usuario controlar el movimiento de punto de vista a través de una conexión UDP. 98 99 http://publicvr.org/publications/JacobsonEDMedia‐2010.pdf http://publicvr.org/ 116 Estado del Arte de la RV 6.6.3 Aplicaciones para desarrollo de CAVE ‐ 3DVisualizer 100 3DVisualizer fue desarrollado específicamente para la exploración visual e interactiva de los datos raster de Entornos de Realidad Virtual inmersiva (VR). 3DVisualizer utiliza algoritmos cuidadosamente optimizadas y estructuras de datos para apoyar a la gran cantidad de frames necesarios para la inmersión y la retroalimentación en tiempo real necesaria para la interactividad. Desarrollado en el 2007, por Oliver Kreylos con funcionalidad proporcionada por varios científicos de la computación, su última actualización es el 3DVisualizer V 1.11. Permite explorar datos raster que van desde modelos de rocas hasta datos de tomografía computarizada, sus diversas características de visualización y herramientas de análisis que, combinado con un rápido renderizado en tiempo real, permiten la exploración de los conjuntos de datos complejos. Es una aplicación desarrollada propiamente para RV, por lo que se cuenta con los beneficios que por lo general no pueden ser alcanzados por el software inicialmente desarrollado para escritorio y más tarde trasladado a RV. 3DVisualizer también se puede utilizar en sistemas de escritorio (SO basados en Unix / Linux, incluyendo Mac OS X) con un nivel similar de interactividad en tiempo real. Si bien muchas de las capacidades de 3DVisualizer ya están disponibles en otros paquetes de software utilizados en un entorno de escritorio, las características que distinguen 3DVisualizer son: Puede ser utilizado en cualquier entorno de realidad virtual como el escritorio, GeoWall, o una cueva. En los entornos que no son de escritorio, el usuario interactúa con el conjunto de datos directamente, usando una varita u otros dispositivos de entrada en lugar de trabajar indirectamente a través de cuadros de diálogo ó de entrada de texto. En el escritorio, el 3DVisualizer ofrece interacción en tiempo real con grandes conjuntos de datos que no pueden ser fácilmente vistos ó manipulados de otros paquetes de software. 6.6.4 Aplicaciones para desarrollo de CAVE ‐ LidarViewer 101, 102 El software de visualización LidarViewer es un nuevo enfoque de alta resolución de la generación de modelos de superficie, utilizada para la exploración y la interacción con las nubes de puntos LiDAR (Light Detection and Ranging). El software fue desarrollado para permitir el análisis de los datos de miles de millones de puntos que LIDAR establece, sin necesidad sub‐ muestreo del modelado digital de la superficie. (KREYLOS, 2008) LiDARViewer permite en tiempo real, la visualización interactiva y el análisis del conjunto de datos de mayor forma arbitraria que la memoria principal del computador. Las nubes de puntos se visualizan con intensidad colorante, definida por el usuario. Además de la navegación interactiva, LidarViewer refuerza en tiempo real la selección de puntos de extracción, la instalación de primitivas geométricas (líneas, planos, esferas, cilindros) en los puntos seleccionados, la medición de ubicaciones de los puntos y las distancias, la visualización de las distancias de puntos de un plano definido por el usuario a través de gradientes de color plano perpendicular‐ajustables, y la extracción de curvas de perfil. Página Web oficial del 3DVisualizer: http://keckcaves.org/software/3dvisualizer Página web oficial del LidarViewer: http://keckcaves.org/software/lidarviewer 102 http://opentopo.sdsc.edu/shortcourses/11SCEC_course/Ex5_LidarViewerTutorial.pdf 100 101 117 Estado del Arte de la RV 6.7 Herramientas de modelado Las herramientas de modelado, permiten especificar la geometría de aquellos objetos que intervienen en una experiencia de RV. Esto es necesario cuando los objetos no son generados de forma algorítmica en la aplicación. Se debe considerar que, las herramientas que se usen para el modelado de objetos 3D para las aplicaciones de RV, deben tener ciertas características importantes como: Control de cantidad de polígonos: En una aplicación de RV, la generación de las imágenes es en tiempo real, por lo que es importante optimizar los objetos de forma que tengan los polígonos necesarios para darles forma. Cuando se modela un objeto es útil disponer de herramientas que además de informarnos el número de polígonos que tiene nuestro objeto, permitan realizar simplificaciones automatizadas, uniendo polígonos sobrantes o eliminando polígonos que no se distinguirían. Definición de niveles de detalle: Es útil tener varias versiones de un mismo objeto, donde cada versión del objeto tendrá más o menos detalle. Los objetos más detallados serán presentados cuando sean vistos de cerca, los menos detallados servirán para cuando son vistos de lejos. A esto se le llama definición de niveles de detalle ó LODs (Levels of Detail). Control de texturas: La gestión de texturas en las tarjetas gráficas es limitada y por eso es importante no sobrecargarla, las texturas son importantes para dar detalle a los objetos, sin cargar la geometría, es decir, ahorrar en el número de polígonos. Es importante tener buen control de la aplicación de las texturas y hacer que las uniones en las aristas de los polígonos no tengan discontinuidades, así como, tratar las texturas de forma que podamos utilizar la resolución estrictamente necesaria. Finalmente también es conveniente definir LODs de texturas en función de la distancia del objeto al punto de vista. Optimización de objetos en tiras de triángulos: Aunque los objetos ya tengan la cantidad estrictamente necesaria de polígonos y de texturas, las tarjetas gráficas prefieren que las geometrías de los objetos esté formada por triángulos. Y aún más, prefieren que estos triángulos estén organizados en strips. Los strips son tiras de triángulos consecutivos, que se definen a partir de los vértices que comparten, de forma que la tarjeta gráfica podrá pintarlos más rápido. Si la herramienta de modelado realiza esta triangulación y organización en strips, la aplicación tendrá un rendimiento visual mucho mejor. Optimización de escenas por BSP: Los núcleos de visualización gráfica se benefician de una organización de los objetos de una escena, esto se conoce como BSP (Binary Space Partition). El BSP es una organización recursiva en forma de árbol, de los objetos de la escena, los cuales son separados en conjuntos de pertenencia a un octante del espacio global, después en un octante de un octante, y así de forma recursiva hasta llegar a un cierto nivel mínimo. Con esta organización, el núcleo de visualización puede saber con facilidad qué objetos se han de visualizar y cuáles no, con respecto del punto de vista. Jerarquización de objetos en estructuras: Los objetos complejos, especialmente aquellos que tendrán algún tipo de movimiento de sus partes, deben organizarse en estructuras jerárquicas de transformaciones. De este modo la animación de estos objetos es mucho más sencilla. Existen herramientas especializadas para modelar objetos en 3D y realizar este tipo de optimizaciones, las herramientas estándares de modelado para animaciones por computador 118 Estado del Arte de la RV son las de Autodesk® Entertainment Creation Suites103 (Maya, 3ds Max, Softimage, MotionBuilder, Mudbox). Otra gama de software son: Multigen Creator, este es un conjunto de herramientas software de simulación para: modelado 3D, terrenos, y creación de entorno sintético. Studio Creator Terrain, un componente de software que ayuda a gestionar el proceso de creación sintética de ambientes. Vega‐Prime, un software diseñado para la creación y despliegue de aplicaciones en tiempo real de simulación en 3D. Lyra, aplicación de simulación visual que proporciona plug‐ and‐play de compatibilidad para los generadores de diferentes imágenes. Estos software pertenecían a la empresa MultiGen‐Paradigm, Inc. fundada en 1981 y que tenía su sede en San José, California, actualmente la empresa Multigen‐Paradigm fue adquirida por la empresa Presagis. La empresa Presagis ofrece una gama completa de productos para varias áreas de desarrollo como: Creación de Contenido: Creator, Creator VT Studio, Terra Vista, Worldwide Database, SEGen Server, Simulación: STAGE, STAGE High Density, FlightSIM, HeliSIM, SIM OneNet, AI. implant, Presagis Utilities Manager, Terrain Server, Visualización: Vega Prime, Lyra, Sensor Products, Thea Lite, Interfase Maquina Humano: VAPS XT for Simulation, Existen infinidad de herramientas para el diseño y modelado 3D. A continuación se enumeran las más utilizadas: 1. Autodesk 3ds Max [comercial]: http://www.autodesk.com/3dsmax 2. Autodesk AutoCAD [comercial]: http://www.autodesk.com/autocad 3. Autodesk Maya [comercial]: http://www.autodesk.com/maya 4. Autodesk Revit Architecture [comercial]: http://usa.autodesk.com/adsk/servlet/index?id=3781831&siteID=123112 5. Autodesk Softimage [comercial]: http://www.softimage.com/ 6. Bentley MicroStation [comercial]: http://www.bentley.com/en‐ US/Products/MicroStation/ 7. Blender [free; open source]: http://www.blender.org/ 8. Caligari trueSpace [free]: http://www.caligari.com/ 9. Chumbalum Soft MilkShape 3D [gratuita]: http://chumbalum.swissquake.ch/ 10. Darwin Dimensions Evolver [comercial]: http://darwindimensions.com/ 11. Dassault Systèmes CATIA [comercial]: http://www.3ds.com/products/catia/ 12. Dassault Systèmes CB Model Pro [free]: http://www.cbmodelpro.com/ 13. DAZ Studio [free]: http://www.daz3d.com/ 14. Gehry Technologies Digital Project [comercial]: http://www.gehrytechnologies.com/index.php?option=com_content&task=view&id=97 &Itemid=211 15. Google SketchUp [comercial; free and for‐fee versions available]: http://sketchup.google.com/ 16. Luxology modo [comercial]: http://www.luxology.com/ 17. MAXON CINEMA 4D [comercial]: http://www.maxon.net/pages/products/cinema4d/cinema4d_e.html 18. Nemetschek ArchiCAD [comercial]: http://www.nemetschek.net/products/index.php 103 http://images.autodesk.com/emea_s_main/files/entertainment_creation_suites_2013_whats_new_brochure_en.pdf 119 Estado del Arte de la RV 19. 20. 21. 22. 23. Nemetschek VectorWorks [comercial]: http://www.nemetschek.net/products/index.php PTC Pro/ENGINEER [comercial]: http://www.ptc.com/products/proengineer/ Smith Micro Poser [comercial]: http://my.smithmicro.com/win/poser/ Wings 3D [free; open source]: http://www.wings3d.com/ Otras … Estas potentes herramientas han evolucionado mucho a lo largo de los años y actualmente dan un enorme abanico de funcionalidades. 6.8 Navegadores de VRML Existen decenas de navegadores VRML, de software libre disponible en Internet para apoyar la visualización de la RV, algunos de ellos han quedado descontinuados. Nombre Desarrollado Descripción y plataforma de trabajo Amber GL DIVE VRML Browser Laboratories, v1.0. Inc. Blaxxun Contact Blaxxum Technologies Ibérica Cortona 3D Cortona3D CosmoPLayer Dive Distributed Interactive Virtual Enviroment. ‐ Olof Hagsand, SICS Este es un Navegador de VRML (alpha release) desarrollado con las herramientas de OpenGL de DIVE Labʹs llamada Amber GL. Incluye soporte para 64K colores, múltiples modos para render (wireframe, flat/smooth shaded) y variados efectos de iluminación. Actualmente no soporta algunas características tales como: texturas, cilindros, esferas, conjunto de puntos; pero ya sé está trabajando para mejorar esto en las versiones siguientes, además de tener mejoras en la navegación, soporte para Visores (HMD) y guantes (Gloves). Soporta plataformas: Windows NT (Intel) La plataforma A7 de blaxxun es un sistema de software modular y altamente escalable, que comprende una multitud de componentes de comunicación e interacción. Puede integrarse totalmente en las aplicaciones modernas de internet. Todos los componentes de la plataforma 7 de blaxxun pueden integrarse en las aplicaciones accesibles mediante un navegador estándar. Provee el componente Blaxxun Contact LE (Java‐Appletet sin instalación de conexión) y el componente blaxxun Contact (aplicación Active‐X, requiere instalación). http://www.blaxxun.es Cortona3D, Visor de 3D rápido y altamente interactiva. Para visualizar mundos virtuales en la web, es el más popular por su simplicidad y facilidad de instalación. Anteriormente conocido como Cliente Cortona VRML, funciona como un plug‐in VRML para los navegadores de Internet más populares. Con Cortona3D, se puede crear una amplia gama de aplicaciones 3D, a partir de la visualización de datos científicos para 3D avanzados y habilitados para servicios en línea. http://www.cortona3d.com Navegador especialmente pensado para VRML, Fue el primer navegador que soportó VRML 2.0, el estándar para los mundos 3D con sensores, scripts y sonido. Este navegador está optimizado para su uso con páginas Web que soporten VRML. Posee interfaz disponible como Plugin de Netscape o control ActiveX, extensible para desarrolladores a través de Java o JavaScript. Ultima versión la 2.1 Lanzada en el 2003. La primera versión de Dive apareció en 1991 desarrollada por SICS. Es un sistema de realidad virtual multiusuario para Internet (IP‐ multicast) en donde los participantes navegan en un espacio en tres dimensiones (3D) y pueden convivir con otros usuarios u otras aplicaciones. Dive utiliza una interfaz VRML, la cual hace posible que los archivos VRML sean importados como objetos o mundos. Dichos objetos pueden ser manipulados o compartidos por diferentes usuarios en el mismo entorno. Sin embargo, para obtener objetos con todas capacidades de interacción y comportamiento deberán ser definidos en un lenguaje propio de Dive. Plataformas Soportadas: SGI, SUN, HP/UX 120 Estado del Arte de la RV Nombre Desarrollado Fountain Beta 7 Caligari Corporation. GLView. Holger Grahn VR Scout v1.1 Chaco Communicatio ns, Inc. WebFX. Paper Software, Inc. WebSpace v1.1 Silicon Graphics Computer Systems Template Graphics Software. y Descripción y plataforma de trabajo Esta es una herramienta completa para el desarrollo de espacios VRML en Windows, la cual entre sus características incluye; modelado rápido, espacio en perspectiva, manipulación de texturas que son mapeadas como objetos VRML en tiempo real y efectos de iluminación interactivos. La tecnología de Fountain ha sido licenciada a Microsoft para que sea incluida en el proyecto ʺBlackbirdʺ. Fountain es principalmente una herramienta de creación de espacios VRML, también tiene la habilidad de leer archivos VRML permitiendo a los constructores de mundos virtuales tomar la ventaja de los recursos existentes en Internet y a la vez probar características específicas tales como los niveles de detalles, ligas a documentos HTML y añadir archivos de video y sonido al Web. Plataformas Soportadas: Windows 3.1, Windows 95. Es un navegador VRML y visor de objetos en 3D. Soporta OpenGL sobre Windows NT y Windows 95, inclusive hardware que soporta el mapeo de texturas y figuras. Además del VRML, también manipula los siguientes formatos de archivo: DXF, RAW, OBJ, GLView; y formatos de texturas: VRML inline, RGB, JPEG, GIF, TARGA, BMP/DIB. Plataformas Soportadas: Windows 95, Windows NT 3.51 (Intel). Soporte completo de las especificaciones VRML, incluyendo Inlines, LOD, Anchors, texturas, etc. También soporta archivos gz, zip, texturas en formatos gif/jpeg/bmp, DDE, HTTP interno si no existe la posibilidad de un enlace DDE con otro navegador e hilos de ejecución para Windows 95 y NT. Actualmente VR Scout utiliza las bibliotecas de funciones 3DR de Intel. Plataformas Soportadas: Windows 3.1, Windows 95, Windows NT (Intel). Este es una herramienta que se acopla a los navegadores más populares de Web en Internet de Windows tales como Netscape, Spyglass y Mosaic de Quarterdeck. Una vez que se encuentre instalado se podrán navegar en espacios virtuales soportando completamente VRML 1.0, además de incorporar IRC 3D chatting, navegación fundamentada en la física con detección de colisiones y creaciones de propósito general en el lugar en donde se consultan. Plataformas Soportadas: Windows 3.1, Windows 95, Windows NT (Intel), Macintosh. Es un navegador de 3D para WWW que también está disponible comercialmente. Los usuarios pueden navegar a sitios 3D Web a través de los convencionales navegadores de páginas de Web en 2D o sencillamente ejecutar Webspace. Este es distribuido gratuitamente en Internet. Plataformas Soportadas:, SGI, Windows NT (Intel), Windows NT (MIPS), Windows 95, SUN Solaris ZX/TZX, Próximamente:, Windows 3.1, Macintosh Power PC, Digital Unix, HP/UX. Tabla 13. Navegadores de VRML 6.9 Herramientas para edición estereoscópica 6.9.1 Vegas Pro 11 Es un software para edición estereoscópica asequible y fácil de manejar, puede crear proyectos de contenido 3D estereoscópico utilizando el mismo flujo de trabajo proporcionado para los contenidos multimedia 2D. Brinda la posibilidad de importar, ajustar, editar, obtener una vista previa y generar contenido multimedia 3D estereoscópico, muy utilizado en aplicaciones de RV. Ofrece la posibilidad de supervisión y salida anaglífica. 121 Estado del Arte de la RV Entre las opciones que tiene corrige de forma automática los vídeos 3D aplicando rápidamente ajustes 3D calculados, esto permite corregir las discrepancias menores de configuración de la cámara y garantizar que el metraje 3D esté alineado correctamente. 6.10 Falsas Tecnologías Existen tecnologías que se han ido calificando de realidad virtual de manera errónea, una de las áreas que más ha explotado el interés de la realidad virtual es la industria del cine , desde los efectos especiales que se utilizan en las películas, hasta los llamados cines 3d, pasando por las películas de animación por computador, se ha venido “vendiendo” como realidad virtual, como nos hemos podido dar cuenta ninguna de estas tecnologías puede ser calificada de RV ya que no cumple, con el hecho de ser interactivas, ni con el ser generadas en tiempo real. Otra tecnología erróneamente asociada a la realidad virtual es la conocida por QTVR (QuickTime Virtual Reality). Esta tecnología, extensión del QuickTime de Apple, se fundamenta en una imagen panorámica de 360°, ya sea fotografiada del entorno físico ó generada por computador. Esta imagen es visualizada como si estuviese mapeada sobre el interior de un cilindro ó una esfera, con el punto de vista situado en el centro. Esto permite al usuario explorar la imagen rotando el punto de vista a derecha, izquierda, arriba ó abajo. La visualización es efectivamente interactiva pero no es generada en tiempo real. Esto produce el efecto de que ninguno de los objetos en la imagen pueda moverse, ya que son entornos totalmente estáticos. Si el usuario quiere cambiar su punto de vista, previamente se debe haber generado y grabado ese punto de vista en forma de imagen panorámica; de otro modo el sistema no le podrá ofrecer ese otro punto de vista. El QTVR es en realidad una herramienta para sistema multimedia, pero no es RV. 6.11 Resumiendo las herramientas de desarrollo para la RV Como hemos mencionado las aplicaciones de realidad virtual se componen de códigos para: la visualización, la interacción y la simulación, y esto independientemente de su organización. Con el fin de facilitar su reutilización, se han desarrollado diversas herramientas de alto nivel que pueden ser clasificadas de diferentes formas, como por ejemplo las herramientas utilizadas para la representación, visualización, y gestión de las interacciones. Herramientas para Rendering El renderizado es el paso de transformar la información del entorno virtual en una imagen utilizable por la visión periférica. Este paso puede realizarse en el software o con el apoyo de las tarjetas de gráficos que contienen procesadores dedicados para descargar la CPU y permitir la representación interactiva. Existen varias propuestas para realizar este paso, como hemos mencionado el OpenGL define un conjunto de estructuras de datos y funciones que definen las primitivas gráficas y el manejo de ellas, pero aquí el desarrollador es el responsable de convertir la información en primitivas gráficas y de establecer la forma. Existen herramientas como la biblioteca Chromium que ofrece una implementación de OpenGL para distribuir el video de los dispositivos tales como el video walls, de forma transparente para el usuario. 122 Estado del Arte de la RV Los enfoques de más alto nivel proporcionan una capa de abstracción de OpenGL mediante el uso de una estructura de árbol, llamado escenario gráfico, cuyos nodos están relacionados con los objetos del mundo virtual, este enfoque se lleva a cabo mediante la inclusión de las bibliotecas OpenSceneGraph y Performer. El desarrollador puede organizar y manipular la información a visualizar. Además, la aplicación de esta estructura puede fácil y eficazmente eliminar los objetos que no son visibles para llevar a cabo sólo la representación de los objetos que son visibles. El uso de técnicas de renderizado distribuido, tales como ordenar primero, determinan las primitivas visibles en la escena antes de que se envíe a la tarjeta gráfica. Los enfoques basados en escenarios gráficos se adaptan para crear un entorno complejo con varios objetos. Otras herramientas como por ejemplo la biblioteca VTK104 (Visualization Toolkit) de la empresa Kitware, integran los algoritmos de visualización para la representación de campos de vectores, tensores, o para el procesamiento de volumen. Las aplicaciones de VTK puede ser distribuido usando la biblioteca de ParaView105. Herramientas para Interacciones Para facilitar el desarrollo y la interacción física sin modificar el código de la aplicación, se han desarrollado librerías de alto nivel proporcionadas por los fabricantes de periféricos. Ejemplos VRPN106 y Trackd107, que permiten reemplazar a un ratón por un guante háptico o datos en 3D simplemente editando los archivos de configuración. La arquitectura cliente‐servidor utilizada por estos modelos también se puede extraer del sistema operativo. De hecho, algunos controladores de dispositivos de interacción, requieren declaraciones de configuraciones específicas de software, algunas solo están disponibles para un determinado sistema operativo. Herramientas para Simulaciones Estos programas definen el comportamiento y la evolución de una aplicación de realidad virtual, los algoritmos utilizados dependen por lo tanto de los tipos de comportamientos que se desea simular. Por ejemplo, las simulaciones que involucran a entidades individuales (vehículos, personajes) por lo general son sistemas multiagente de simulación de la física y se fundamentan en resolver ecuaciones. Las simulaciones son los códigos más exigentes en términos computacionales, una solución consiste en paralelizar. Los algoritmos empleados requieren una consistencia especial entre los cálculos de los subdominios producidos, que crean un fuerte acoplamiento y el intercambio de grandes volúmenes de datos. Las bibliotecas, tales como PETSc, proporcionan rutinas y estructuras de datos para la paralelización del programa, en solución de ecuaciones de simulación de la física. Las simulaciones físicas a menudo se desarrollan utilizando el lenguaje de programación Fortran 108 . 104 Will Schroeder, Ken Martin et Bill Lorensen : The Visualization Toolkit. Kitware, Inc. Publishers, 3 ´Edition, 2004. Amy Henderson : The ParaView Guide. Kitware, Inc. publishers, 2004. 106 T. C. Hudson, A. Seeger, H. Weber, J. Juliano et A. T. Helser : VRPN: a device‐independent, network‐transparent VR peripheral system. In ACM Symposium on Virtual Reality Software & Technology, 2001. 107 VRCO. Trackd User Guide. http://www.vrco.com/trackd/trackd Documentation.html. 108 FORTRAN: Lenguaje popular de alto rendimiento, usado para programas que evalúan el desempeño y el ranking de los supercomputadores más rápidas del mundo, ha estado en uso continuo por más de medio siglo en áreas de cómputo intensivo tales como la predicción del tiempo, análisis de elementos finitos, dinámica de fluidos computacional (CFD), física computacional y química computacional. 105 123 CAPÍTULO 7 – APLICACIONES E INVESTIGACIONES DE LA REALIDAD VIRTUAL La Realidad Virtual cada vez resulta más familiar, el empleo de las más sofisticadas prestaciones se dan en mercados tradicionales como las aplicaciones médicas, entretenimiento, arte, educación y defensa, actualmente existen mercados emergentes de esta tecnología como la industria manufacturera, el petróleo, gas y la visualización de datos. Se han destacados algunos desarrollos en áreas específicas, como: 1) 2) 3) Medicina a) Anatomía b) Simulación de diagnóstico y entrenamiento médico: Entrenamiento frente al bioterrorismo, Palpación de próstata, Exámenes endoscópicos: PreOp, Colonoscopia, Anestesia. Epidural, Cirugía abierta, MIS: Minimal Invasive Surgery, Otros tipos de entrenamiento en medicina. 4) 5) 6) Rehabilitación de pacientes a) Sistema de rehabilitación de tobillo de Rutgers b) Rehabilitación mediante juegos c) Rehabilitación Psicológica (tratamiento de fobias) d) Rehabilitación del mareo 7) 8) 9) Aplicaciones Educativas a) Laboratorio de Física Virtual b) Proyecto NICE: jardinería en el colegio Aplicaciones de Arte a) Estatua de Miguel Ángel b) Patrimonio cultural c) Exposiciones virtuales (templos antiguos, palacios, galaxias) Aplicaciones Industriales a) CAD, diseños asistido por computador Aplicaciones de adiestramiento Militar a) Adiestramiento de astronautas b) Adiestramiento de pilotos c) Adiestramiento de soldados Publicidad y promoción Aplicaciones de Entretenimiento, juegos, Cine 3D Modelado y creación de entornos virtual (museos, tiendas, aulas, etc.). 10) Centros de investigación Tabla 14. Áreas de aplicaciones e Investigaciones en RV Se revisarán de manera general algunas de las aplicaciones de RV más relevantes desarrolladas hasta el momento, en el Apéndice ‐ “Aplicaciones de RV”, se encuentra en detalle una amplia gama de aplicaciones que pueden servir de referencia en este tema. 125 Estado del Arte de la RV 7.1 Aplicaciones médicas de la RV La comunidad médica está usando la realidad virtual en diversas aplicaciones; el paciente virtual básico es uno de sus hitos más importantes, básicamente es un conjunto de imágenes multidimensional generada por computador, compuesta por tiras o rebanadas dibujadas desde diferentes ángulos del cuerpo de una persona real. Los avances en el software han hecho posible para los equipos de cirujanos, practicantes y personal de diagnóstico, compartir recinto de exámenes virtuales con fines de diagnóstico y consulta. Ahí se puede explorar e interaccionar los modelos para determinar los medios más efectivos en el tratamiento de pacientes. Esto ocurre antes de que la cirugía u otras medidas drásticas sean tomadas. Veamos algunos ejemplos: Cuando un cirujano trabaja depende primordialmente de una evaluación personal de la parte del cuerpo afectada, esta evaluación personal es ayudada por exámenes de ultrasonidos, resonancia magnética o imágenes computarizadas, transformando esta información por medio de un sistema de realidad virtual en imágenes visuales. Las imágenes mostradas son generadas a través de paquetes de información del paciente real. Un sistema de visualización interpreta y transforma la información recogida en imágenes de computador, que muestran la estructura anatómica y muestran detalles del tejido circundante. Esta imagen ultrasónica transparente está situada entre el ojo del médico y el cuerpo real. Una de las aplicaciones más precisas de las técnicas de realidad virtual es la de la configuración de rayos para tratamientos de las radiaciones en tumores. En este tratamiento siempre está presente el riesgo de exponer los tejidos que rodean al tumor, la tarea es irradiar los rayos de tal manera que afecten solo al tumor y no a otras partes sensibles de la anatomía. Este proceso se lleva a cabo tomando la imagen del paciente, por ejemplo en un CAT‐ESCAN y convirtiéndola en un modelo tridimensional de su cuerpo incluyendo el tumor. Luego son dirigidos los rayos virtuales al tumor y las áreas sanas son sensibilizadas cuando son invadidas por los rayos y el médico es avisado mediante símbolos sonoros o visuales. Solo cuando el médico está convencido de que la radiación está dirigida al tumor, empieza la terapia de radiaciones, mediante la alineación de las posiciones de los rayos virtuales en el programa que controla los rayos reales. Un aneurisma se forma cuando la presión del flujo sanguíneo aumenta en un punto débil de la pared de una vena, lo que puede hacer que el aneurisma estalle dando lugar a una hemorragia y la posible muerte del paciente; el tratamiento se realiza desde dentro de la vena, el aneurisma es cogido por un lazo y estrechado, lo que implica la obturación de la boca aneurisma con un anillo de metal. Hay aplicaciones desarrolladas para el tratamiento de aneurismas, por medio de la realidad virtual se hace un escenario virtual ampliado de los dispositivos y el lugar del aneurisma, proporcionando al cirujano un alto grado de control, y le permite una observación precisa en tiempo real de la dinámica del flujo sanguíneo en el área afectada y sus alrededores. La realidad virtual también es utilizada en personas discapacitadas, por ejemplo, aunque sea de manera temporal, aquellos niños que solo podían ver lo que pasaba en un campo de béisbol, ahora podrán sentir virtualmente como se coge un bate, oír el ruido de la bola cuando esta es golpeada y correr alrededor de las bases. El sistema de RV consta de biocontroladores que son dispositivos que responden a distintos tipos de señalizaciones dependiendo de cuales sean las limitaciones de control o de movimiento que tenga el usuario, por ejemplo: Controladores que toman los movimientos verticales y horizontales del ojo como señales de control, controladores musculares, que capturan y trazan señales de la actividad eléctrica de los músculos. Estos son 126 Estado del Arte de la RV utilizados básicamente en personas físicamente disminuidas muchas de las cuales poseen actividades funcionales pero demasiado débiles para producir movimiento, pero que si es detectado por el computador. Lamentablemente la experiencia virtual nunca será una experiencia real, incluso con toda la tecnología del mundo, una persona que no puede caminar todavía no puede hacerlo. En cualquier caso, una experiencia virtual cuidadosamente diseñada puede aproximar en la mente de un usuario, la participación, proporcionar un sentido de control sobre el entorno, aunque sea virtual y facilitar en gran medida los procesos de aprendizaje y entrenamiento. Existen otras aplicaciones en la medicina, el Department of Computer Science and Engineering, de Chinese University of Hong Kong, ofrece un entorno virtual inteligente para el entrenamiento de la acupuntura china, una plataforma interactiva para la investigación en el manejo clínico y terapéutico de las enfermedades, y un innovador modelo de humano virtual para el estudio de la acupuntura. El DTIC, Defense Technical Information Center desarrolló un sistema de RV de capacitación para el triaje (clasificar a los enfermos antes de que reciban la prestación asistencial) y estabilización de traumatismo craneoencefálico y lesiones múltiples de pacientes” 109 . Este sistema de formación ofrece inmersión, oportunidades de gráficos tridimensionales (3D) en formación de habilidades de respuesta a emergencia, en la que los alumnos pudieran ver, oír e interactuar con simulación de víctimas, simula el estado dinámico del paciente y los resultados de la intervención en las prácticas, esto permite al alumno realizar diagnósticos e intervenciones y recibir retroalimentación inmediata sobre el aprendiz de evaluación y las decisiones del triaje. 7.2 Aplicaciones en Rehabilitación de la RV En la rehabilitación utilizando cámaras y/o rastreadores una de las posibilidades es la videoinmersión, la realidad virtual y la realidad aumentada. En fin, el objetivo final sería que gran parte de las terapias de rehabilitación pudieran hacerse en casa y que el paciente perciba los ejercicios como algo más interesante y divertido que realizarlas con un profesional de máquina, en forma de videojuego. Para rehabilitación de paciente mencionaremos el sistema de rehabilitación de tobillo de Rutgers y el Rehab (Holden). La tecnología que se necesitaría está muy desarrollada: captura del movimiento humano, programas interactivos, computadores que funcionan conectados a la televisión con conexión a internet. Esta sería una mezcla de salud y ocio que se está usando en sistemas de RV. Algunas ventajas se pueden mencionar de estos sistemas: terapias más largas, mayor cumplimiento de las terapias ya que el paciente tiene un apoyo y consejo aunque sea virtual, una vez implementado el sistema bajaría los costes de la terapia, muy adecuado para pacientes crónicos o que no pueden desplazarse. Como todo sistema tiene ciertas desventajas: Algunos profesionales temen que les sustituya una máquina, muchos pacientes no saben manejar cosas así y les costaría aprender, muchos profesionales no sabrían manejar cosas así y les costaría aprender, es un cambio completo en la forma de trabajar, el desarrollo de algo así exige un equipo multidisciplinar como ingenieros, programadores, otros, y la coordinación de profesionales de la salud. 109 http://www.dtic.mil/cgi‐bin/GetTRDoc?AD=ADA381347 127 Estado del Arte de la RV 7.3 Aplicaciones educativas de la RV La realidad virtual ha impactado en las universidades de medicina, desarrollándose sistemas de simulación de realidad virtual, comenzando con la creación de un panorama de la anatomía como representaciones tridimensionales del cuerpo entero y de sus partes como el hígado, la vesícula biliar y otras estructuras relativas. El estudiante de medicina es preparado académicamente por medio de operaciones y diagnósticos simulados por computador, antes de interactuar con algún ser viviente, usando animación por computador en tres dimensiones y bancos de datos altamente complejos, puede sacarlo y llevarlo hacia el cuerpo humano para hacer por ejemplo un proceso de endoscopia en un paciente sin sangrado pero obteniendo un paciente que responde. Otra técnica avanzada de animación, movimiento y sonido permite al alumno una experiencia similar a la que se vive en DisneyLandia, viajando a través del sistema cardiovascular ó reproductivo femenino, ó encontrarse a escala intracelular y ver la acción de una droga trabajando para prevenir una infección viral. En la rama veterinaria también está siendo utilizada la realidad virtual, existen otra área educativas en las cuales se ha aplicado la RV como el avatar “CyberMath” desarrollado en Suecia para los estudiantes universitarios o la desarrollada en la Universidad de Harvard para los estudiantes de Egiptología en donde se reconstruyen el antiguo Egipto, en la plataforma interactiva “3D Experience de Dassault Systèmes” o las de exploración fundamentada en el aprendizaje de “Laboratorio de Física Virtual” para enseñar a los estudiantes de secundaria la física de Newton y la física cuántica ó el proyecto “Nice” para enseñar a cultivar un huerto a los niños de la escuela primaria que utiliza una cueva e ImersaDesk para interactuar con entornos virtuales que muestran un jardín virtual 7.4 Aplicaciones de arte de la RV La VR se ha convertido en un medio para que los artistas creen y experimenten nuevas manera explorar el arte, permite la preservación del patrimonio cultural en RV, aumenta el acceso al arte para la gente que vive lejos y para los discapacitados a través de museos virtuales. Aplicaciones como “La Piedad de Miguel Ángel”, que fue recreada por IBM en 2 semanas, muchas representaciones arqueológicas tridimensionales se muestran actualmente en los libros y los videos pero no son sistemas de realidad virtual porque no hay esta interacción. Otros ejemplos de aplicaciones de RV en esta área podemos mencionar la “Iglesia SS Sergius and Bachus (Istambul)”, creado por un grupo de la Universidad de Ginebra, “La iglesia de Notre Dame”, que fue modelada con el motor de Unreal de Epic, existen otros proyectos en estas mismas líneas como el proyecto “Rome Reborn” para el modelado de la antigua ciudad de Roma, en orden cronológico inverso, comenzando por la Antigüedad tardía, y el centro cívico histórico en el Foro Romano y el nuevo barrio cristiano de la ciudad en el sector sureste de la ciudad, entre San Juan de Letrán y Santa María la Mayor, el proyecto de la Basílica de Santa Maria Maggiore, que ha integrando toda la información histórica arqueológica y el arte junto a la interactividad con diferentes enfoques con acceso desde Internet y desde una CAVE de inmersión total. 128 Estado del Arte de la RV 7.5 Aplicaciones de entretenimiento de la RV La empresa japonesa Fujitsu, da a conocer el programa de computador llamado “Fin Fin on Teo the magic planetʺ, este juego de RV fue el resultado de ocho años de investigación en los programas de computador de RV, con un costo aproximado de 30 millones de dólares, estos juegos permiten a los jugadores entrar en nuevos mundos y tener experiencias que no son posibles en el mundo real, tal vez proporcionar al jugador con un medio de escapar de los problemas de actualmente. Tomb Raider I, es otro juego de RV de la aventura publicado por Eidos Interactive, utiliza una heroína femenina llamada Lara Croft para atraer a los jugadores, quizás el más importante, es el atractivo físico del personaje, la popularidad de Lara Croft es sólo parte de un éxito más general de los juegos de RV virtual. Otra compañía de juegos de realidad virtual, Hori Pro, ha creado “Kyoko Date”, una heroína de la realidad virtual, Hori Pro está empleando estrategias de promoción similares a los utilizados por Eidos Interactive con Lara Croft. Los juegos tradicionales tienen una seria amenaza con las aplicaciones de entretenimiento de RV. Disney ha construido “Disney Quest”, es el centro de ocio y recreo virtual más grande que existe en el mundo, es en realidad un parque interactivo cerrado que combina la magia de Disney con las últimas tecnologías de 3D y la RV. Es un edificio de cinco plantas y 9.300 m. cuadrados, con más de 250 atracciones, simuladores virtuales y máquinas recreativas, donde se puede luchar con un sable láser, remar en una balsa de rafting para evitar ser devorado por un T‐Rex, pelear en una guerra a pelotazos desde un coche blindado, incluyendo un vuelo en la alfombra mágica de Aladino. Los juegos permiten efectos de retroalimentación y juegos entre varios jugadores, un ejemplo es ʺPirates of the Caribbeanʺ, una plataforma de movimiento, pasiva de respuesta táctil, gráficos y sonido estéreos. Disney también ha desarrollado el ʺVirtual Jungle Cruiseʺ en botes inflables. La Universidad de Carolina del Sur y el líder de I&D John Carmack (creador de los juegos Quake, Doom, otros) presentaron en 2012 el “Project Holodeck”, un mundo de realidad virtual, este es un proyecto de los departamentos de cine e ingeniería que tiene por objetivo revivir la realidad virtual y lograr un total efecto de inmersión en los jugadores. El sistema que propone convertirse en un sistema de videojuegos y a la vez en un home theatre personal para usar en el cine, cuenta de una pantalla de 1280 x 800 3D Oculus Rift110, que está montado sobre la cabeza de los jugadores al estilo de gafas. El sensor que se utiliza para captar los movimientos es el mismo que se usa en la PlayStation Move, está enfocado en el seguimiento de los movimientos que se hagan con la cabeza. Para el resto del cuerpo, los Razer Hydra de Sixsense111 son los encargados del escaneo en tiempo real de movimientos y acciones en 360° estereoscópico. “Shayd” es una instalación de realidad mixta desarrollada en la Universidad del Sur de California, IMD ‐ División de Multimedia interactiva, que forma parte de la Escuela de Artes Cinematográficas, abierta al público en el 2012. La instalación comprende un Head Mounted Display, un sistema de captura de movimiento, y múltiples Kinects para producir una experiencia sensorial virtual de inmersión en un mundo extraterrestre. El planeta alienígeno de Shayd tolera una única dimensión de doble condición. A la llegada en el planeta, los participantes se encuentran vagando en una cueva sin vida, rodeado de antiguos dibujos que 3D Oculus Rift: Casco con un campo visual horizontal de 90 grados y uno vertical de 110 grados, conexión inalámbrica con el computador y niveles de latencia extremadamente bajos, conectividad VGA, DVI y HDMI. 111 http://sixense.com/razerhydrapage 110 129 Estado del Arte de la RV representan una historia extraterrestre. Un artefacto de color rojo brillante (la EMH) se encuentra en el centro de la cueva, y esta tecnología alienígena permite el acceso a dimensión alternativa del planeta. A través del HDM, los participantes son sumergidos en un mundo vibrante, ya través de una serie de escenas pueden interactuar con los aliens, explorar el ambiente exterior, e incluso volar sobre la superficie del planeta. Se están planeando parques de atracciones que incorporan las tecnologías de Realidad Virtual para representar espectros virtuales interactivos que los usuarios pueden experimentar, convirtiéndolos en los personajes que los usuarios deseen ver. Un campo lleno de potencial requiere para su desarrollo una intensa concentración de emociones, cognición y creatividad, este es el “teatro virtual”, él cual brinda a los miembros de la audiencia ligeras gafas de obturación o visualizadores tipo HDM. Una pantalla cilíndrica de 270° a 360° en 3D envuelve toda el área, y el sonido espacial es coordinado con las exhibiciones visuales para completar el efecto de inmersión. La dirección desde la que el usuario percibe el sonido, le indica donde está la acción en pantalla. El disfrute del usuario en el teatro virtual derivará más de su participación activa que de una gratificación intelectual. Los juegos en computador en 2 dimensiones están mejorándose a versiones de cabina en 3D, y un buen número de estos sé está extendiendo para incluir aspectos de Realidad Virtual, incluyen proyecciones en vídeo de la imagen del jugador en la pantalla, imágenes holográficas que parecen flotar en el aire y simuladores de alta inmersión como aquellas desarrolladas para campos de batalla o endoscopia. Los juegos más visibles de atracción de VR, tenemos: Virtuality: Se trata de un producto que representa un escenario de exploración o resolución de un acertijo, en el que el jugador vuela a través de un territorio de fantasía, esquivando y disparando a los oponentes que percibe. Battletech: Es una simulación difundida por redes que representa el popular tema de una caza combate, está fundamentado en los resultados de la simulación de las fuerzas aéreas de EE.UU. cada jugador en la red compartida, se sienta en una cápsula fija o cabina para interpretar el papel del piloto o soldado. Otros jugadores pueden ser reales o simulados por el programa. Cybertron: Somete al usuario a una inmersión tanto física como mental al sujetarse a un mecanismo giroscopio que gira y se inclina 45° sobre cada uno de los tres ejes cuando el usuario desplace su peso. 7.6 Aplicaciones de uso militar de la RV El ejército siempre ha sido un defensor de la RV, hace un uso extensivo de la realidad virtual, ya sea para la formación de pilotos de aviones de combate, la simulación de combate naval, el entrenamiento submarino en puntería, la bomba atómica se puede simular en el laboratorio y reproducir de forma casi real, la capacidad de entrenar como un equipo de forma remota, simuladores de aviones que son programables y modular que permiten un ciclo de vida más corto, capacidad para simular misiones antes de su ejecución, así como un interrogatorio avanzado (después de la misión), capacidad de visualizar las capacidades del enemigo de armas con el fin de reducir las víctimas, desarme de minas/bombas sin arriesgar la vida, capacidad para entrenar a soldados individuales en el nuevo armamento, así como evaluar el rendimiento del alumno. Las unidades de combate de RV elevan los niveles de habilitación del individuo practicando en campos de batalla electrónicos y aprendiendo a telemanipular las armas. Las técnicas 130 Estado del Arte de la RV tridimensionales de simulación incorporan paneles de armas reales, completando con botones y palancas que funcionan como interfaces entre el equipo humano y los sistemas que controlan. Estos son a veces denominados campos de experimentos para la simulación distribuida en el campo de batalla Otra aplicaciones son el entrenador de lanzador de cohete de impacto, desarrollado por la TNO (Holanda), en Alemania existe un sistema similar en uso, estos permiten la formación del equipo con dos usuarios, un artillero y un comandante, para las tarea de detectar aviones a distancia cada participante lleva un casco HMD de alta resolución, se le asigna un avatares, a los avatares asignados a los participantes se les realiza un seguimiento y se les vigila la posición. La capacitación militar debe ser muy realista en el uso de armas pequeñas, los equipos deben entrenarse para las situaciones más difíciles del mundo real, tales como el reconocimiento de terrenos, emboscadas, y mantener la conciencia de la situación durante el estrés extremo, lo que se traduce en habilidades de supervivencia en el mundo real, la VirTra 300 MIL, es una de las más completas, tiene uno de los más alto estándares de entrenamiento militar virtual en armas de fuego, tanto individual como colectivo. Para la formación del liderazgo del Pelotón se ha creado SIMNET, ayuda a mejorar la toma de decisiones por parte de los jóvenes oficiales jóvenes, en situaciones excepcionales, crea ejercicios de ensayo de la misión, por ejemplo: un accidente entre un jeep militar y un automóvil civil en Bosnia, en este sistema de RV el único personaje real es el aprendiz. CCTT es un programa de entrenamiento colectivo formado por tres subsistemas: (CCTT, Entrenador reconfigurable de vehículo táctico (RVTT) y Soldado desmontado (DS)). CCTT está diseñado para apoyar la formación de miembros de infantería, de blindados, de Infantería Mecanizada, de Caballería y unidades blindadas de reconocimiento a través de batallón. El oficial en formación opera desde simuladores de tripulación, maquetas de puestos de mando y puestos de mando del batallón en vivo, para llevar a cabo tareas combinadas de entrenamiento de armas. De manera similar, la fuerza aérea está investigando la posibilidad del uso de la RV para facilitar el trabajo de los controles de tráfico aéreo, en la base aérea de Brooks sé está explorando cómo la RV, puede situar a los controladores de tráfico aéreo en el aire con los aviones a su alrededor. El controlador de tráfico aéreo se puede sentar casi en cualquier parte con los visores (en un avión, en un closet y donde se pueda disponer de espacio libre). En vez de un modelo de aterrizaje él estará viendo ventanas de informes. Si él desea algo en particular, con el movimiento de su mano o verbalmente pide que una pantalla se mueva. Puede organizar la entrada de la información de la mejor manera, para llenar los requerimientos minuto a minuto. En fin existen otras aplicaciones de RV como el entrenador de los artilleros de Marina Real Británica, el estudio de balística, salto de paracaídas, cualquiera que sea la aplicación conlleva a la reducción de transporte / vivienda costos y menor impacto ambiental. También se desarrolló un simulador completo de inmersión, es el primer simulador con Sistema de RV que incluye en una misma instalación la formación de piloto, del observador, los tripulantes de avión e ingenieros, este simulador de RV fue puesto en funcionamiento en el 2012. Estas aplicaciones militares requieren imágenes muy realistas, todavía es difícil generar pantanos llenos de barro, campos de minas ó convincentes enemigos amenazadores. También es difícil simular los efectos de campos radioactivos ó electromagnéticos; por tanto se están realizando esfuerzos en el campo militar para solucionar estos problemas. 131 Estado del Arte de la RV 7.7 Nuevos caminos de las RV La realidad virtual no solo permite extender al alcance de los ojos y las manos en situaciones peligrosas, existen aplicaciones de la RV en otras áreas: 7.7.1 Industria Manufacturera En el desarrollo de prototipos virtuales, la ergonomía y la comercialización, los diseñadores pueden dibujar y simular sus ideas en pantallas y llevar sus ideas a un lugar de espacio virtual, ejemplo en el proceso de la construcción de un producto, en el plano de una casa, en el esquema de un juguete electrónico, el diseño en 3D del motor de un jet. 7.7.2 Fabricación de Aeronaves Las compañías aéreas y las unidades militares utilizan entornos Realidad Virtual para diseñar y desarrollar modelos aeronáuticos. Así se elimina la construcción de prototipos de prueba. La armada de los EE.UU. ahorro en los costos de desarrollo del diseño de un nuevo helicóptero, así como también la empresa Boeing ha hecho un esfuerzo para diseñar su próxima generación de aeroplanos comerciales 777 en computador, la meta es mejorar la productividad de los trabajadores mediante la consecución de la información que necesiten cuando lo necesiten. Los ingenieros de diseño del Boeing trabajaron según los problemas que ellos tenían en el diseño 3D de los aeroplanos, los cuales no eran posibles encontrarlos con los sistemas de CAD. En la fabricación de aeronaves la ventaja que tiene la RV es que se puede ver los pequeños detalles que a veces son importantes en el panel de control. Las aplicaciones van desde colocar un tornillo y tuercas en las alas hasta la disposición de los cables. 7.7.3 Robótica Programación, teleoperación, robótica espacial, procesos de ensamblado, Manipulación remota de robot, en los laboratorios Watermelon de USA, un equipo de especialistas en robótica está explorando el uso de la RV para ayudar en la limpieza de los desechos tóxicos. Han desarrollado un robot que puede entrar y limpiar los tanques de almacenamiento de los desechos tóxicos nucleares y usando la Realidad Virtual tienen planeado colocar una cámara de vídeo en el robot, generar gráficas por computador, para darle seguimiento al robot, el operador puede guiar al robot a través del tanque con el trazado de el computador representando problemas ocultos, que están allí pero fuera de la vista mientras revela información adicional al controlador, tales como los niveles de radiación. Mas que tratar de hacer al robot lo más inteligente posible de manera que piense como una persona, el controlador humano permanece a una distancia lo suficientemente lejos y trabaja como si estuviera dentro del tanque. Los robots instalados en estos lugares realizan una inspección constante y de mantenimiento preventivo, donde en pocos minutos se puede investigar y controlar las situaciones como si realmente existiesen. 7.7.4 Oceanología Modelos de estructura tridimensional de la superficie del océano, con simulaciones de comportamiento de larvas, cómo el viento afecta las olas, observar fenómenos como los de El Niño o La Niña, observar cambios de temperaturas, dirección de vientos ó velocidad, 132 Estado del Arte de la RV 7.7.5 Satélites En los laboratorios Watermelon (USA), se busca representar la realidad virtual de manera útil e interactiva, lo que era ante un proyecto a gran escala es un sistema de control y comandos de satélites en el que la tierra y los satélites orbitales aparecerán con sus relaciones de tamaños y distancias naturales entre unos y otros. El primer paso fue el trazar el esquema de muchos satélites y la tierra con la dinámica de sus órbitas. La idea es posibilitar al operador de moverse en el espacio, entre los satélites y ver como las órbitas se traslapan, la sombra del satélite cubriendo la tierra y lo que pasa con los ajustes en su posición relativa a la tierra, sol y cinturón magnético. Es posible para el operador ajustar los satélites virtuales en superficie y hacer que los vehículos respondan automáticamente. 7.7.6 Aplicaciones en la Ciencia e Ingeniería En la investigación y el desarrollo de la ingeniería, los contenidos informativos de ecuaciones matemáticas complejas, sus soluciones y los datos empíricos han de ser traducidos e interpretados mediante imágenes manipulables en tres o cuatro dimensiones. Los experimentos físicos actuales se están realizando en áreas como estructuras moleculares, reacciones químicas, resistencia de materiales, cinética y medicina. 7.7.7 Química y Bioquímica El uso de las tecnologías Realidad Virtual facilita los pasos necesarios para poner remedio a los residuos peligrosos. El empleo de la operación telerobótica en la perforación, muestreo análisis y eliminación de los residuos, hace que los operadores humanos no tengan que exponerse a sus peligros y permite una manipulación de los materiales que de otra forma sería imposible. Si hacemos un experimento de fusión fría, la cual es un tipo desconocido de reacción electroquímica que libera energía, pero lo hace de mezclas de agua destilada a temperatura ambiente, podremos observar por medio de un sistema Realidad Virtual cuales son los puntos críticos o de mayor peligro, mediante una simulación de este experimento. La información programada sobre átomos, enlaces, cargas eléctricas, coordenadas y conectividad es utilizada por los científicos para crear moléculas virtuales de átomos y enlaces. Los bioquímicos ya han solventado los misterios de algunas nuevas proteínas específicamente diminuta de superóxido de cobre ‐ zinc y erabutoxina evitando la necesidad de los tradicionales modelos de latón. Cada vez más, aplicaciones de RV se están utilizando en ensayos de acoplamiento de enzimas y en el desarrollo de productos farmacéuticos. Las moléculas se pueden exhibir de muchas formas, modelo de bolas y varillas o armazones de cables se pueden entrelazar estructuras lineales elegantes para mostrar, por ejemplo, donde se encuentra el enlace polipéptido de la proteína. Una esfera puede representar cada átomo, en cuyo caso, el modelo parecerá una masa convergente de burbujas. Las moléculas virtuales se pueden distinguir unas de otras. Con gafas de obturación, pueden ser movilizadas de un sistema PC, flotando como hologramas frente a los ojos. Las moléculas pueden ser agrandadas, pareciendo ser de 50 pies más grandes que usuario. Entonces, el usuario puede explorar esta molécula ʺvolando alrededor de ellaʺ, y haciendo los cambios deseados. Un químico puede sentir las torsiones, atracciones o repulsiones asociadas a las uniones de drogas y/o enzimas. Estas sensaciones son presentadas a través de un sevomanipulador, un tipo de dispositivo montado sobre un brazo mecánico. 133 Estado del Arte de la RV 7.7.8 Astronomía Dentro de los esfuerzos de investigación el más notable en este campo es el Sistemas Virtual de Exploración Planetaria desarrollado por la NASA en el Ames Research Institute for Advanced Computer Science (RIACS). Las características de graduación de las realizaciones virtuales han estimulado a los astrónomos a empezar a construcción de una galaxia virtual a partir de los datos recogidos a lo largo de muchos años. El escenario virtual proporciona a los investigadores los medios para visualizar el sistema solar y otros sistemas, explorar y experimentar virtualmente con agujeros negros, súper novas y asteroides. 7.7.9 Eléctrica y electrónica Aplicaciones en Ingeniería Eléctrica, como la Producción y distribución de energía, es un proyecto conducido en el Frontier Science Laboratory de la Universidad de Tokio, para la empresa Tokio Electric Power Company. El proyecto tiene como objetivo la visualización de simulaciones concernientes a la administración de plantas de energía, así como a la red de distribución de esta empresa. El proyecto esquematiza los procesos de producción de la energía y sus factores de control, y ayuda a integrar procedimientos esenciales de control en el sistema de energía. Este prototipo de sistema de realidad virtual ayuda a la Tokio Electric Power a monitorear el flujo de la energía eléctrica, así como el flujo de información, a través de sus masivas redes de cómputo. Los desarrolladores emplean gafas y guantes en un ambiente inmersivo, trabajan con imágenes tridimensionales de un esquema de red generado por computador. En lugar de tratar de encontrar las conexiones débiles en la red de cables real, exploran la posibilidad de alertar a los usuarios sobre los eventos que se avecinan. El proyecto de la Tokio Electric Power no es el único de su tipo en Japón. Para la Chubu Electric Power, la tercera compañía de energía eléctrica en Japón, el Instituto de Investigación Mitsubishi (MRI) presenta algunas innovaciones interesantes cuyo propósito es la evaluación de la confiabilidad de las redes de transmisión en los apagones y la afinación del proceso de recuperación de todo tipo de fallas. Se emplea una estación de trabajo de ingeniería como plataforma de Realidad Virtual para la planeación, la simulación, él diagnostico y la visualización de la entrada. El proyecto de la Chubu Electric Power incluye: simulación de sistema de una instalación de energía con efectos de visualización avanzada, confiabilidad del sistema de transmisión desde el punto de vista del cliente, análisis detallado del sistema de energía y la manera como funciona; patrones de apagones, recuperación y la acción empleada para propósitos de control; efectos a corto y largo plazo de las fallas que tiene el sistema de energía, desde la producción hasta la distribución; estructura y desarrollo de una matriz de criterios de confiabilidad, transferencias de capacidad desde sistemas vecinos y procedimientos de optimización. 7.7.10 Turismo de Salón La más avanzada aplicación turista es la excursión virtual a Marte de la NASA. Los paquetes comerciales iniciales acomodaron vídeo de excursionismo para permitir a la persona convertirse virtualmente en un pasajero, ciclista o conductor y recorrer el campo o bazar, para explorar una cueva bajo el agua. Los efectos locales de sonido, que pueden incluir prácticas conversacionales en idiomas locales elevaron la ilusión de presencia. 134 CAPÍTULO 8 ‐ EL MERCADO DE LA RV A pesar del tiempo que lleva este tipo de tecnología, en el mercado de la Realidad Virtual existe aún un marcado interés en esta disciplina, existen algunos indicadores como son la aparición de disciplinas académicas dedicadas al estudio de la sociedad virtual, como la “ciberantropología” (reconocida como disciplina académica en 1992), la multiplicación de eventos académicos dedicados a discutir su naturaleza y sus áreas derivadas, como los seminarios, jornadas, Congresos Mundiales sobre este tema. Así también el aumento en número de ensayos, paper, tesis académicas dedicadas al análisis de este amplio entorno, también existen nuevas investigaciones y dispositivos que la alienta a la RV a continuar. Sus temas son tan variados como la creación de aplicaciones, el estudio de la realidad mixta, realidad aumentada, dispositivos hápticos, entornos virtuales, juegos de realidad virtual, en fin, un sinnúmero de temas técnicos. Se estudia además la forma cómo se plantean los temas de la sociedad real en la sociedad virtual, como, por ejemplo, las percepciones y las interacciones de las aplicaciones que se desarrollan. 8.1 Análisis de Tendencia de Google (Google Trends) 112 Con el análisis de Tendencias de Google, se puede comparar el interés del mundo en temas determinados, en Google Trends, las cifras mostradas en los gráficos reflejan el número de búsquedas de un término concreto que se han realizado, en comparación con el total de búsquedas realizadas en Google a lo largo del tiempo. No representan cifras totales del volumen de búsquedas, ya que los datos se normalizan y se presentan en una escala del 0 al 100. El programa solamente refleja los resultados de los términos que reciben una cantidad significativa de tráfico de búsqueda de diferentes usuarios, si no se dispone de datos suficientes, se muestra el valor 0. Los números que se muestran junto a los términos de búsqueda sobre el gráfico son resúmenes ó totales. Por ejemplo, supongamos que el interés por el término “Realidad Virtual” aumentó repentinamente durante el mes de julio en España. El sistema señala este pico como 100. Ahora supongamos que el interés disminuyó considerablemente en septiembre, mes durante el cual el siguiente pico más elevado fue aproximadamente la mitad del que se registró en julio. En ese caso, dicho pico se señalaría como 50, y así sucesivamente. Los gráficos se basan en datos globales de millones de búsquedas realizadas en Google a lo largo del tiempo. Además, todos los resultados que se muestran en Estadísticas de búsqueda de Google se generan de forma automatizada. Realizaremos varios análisis los cuales nos dará una visión general de lo que pasa con la tecnología de realidad Virtual y los usuarios del Internet. 112 Enlace para Google Trends: http://www.google.com/insights/search/#q=realidad%20virtual&cmpt=q 135 Estado del Arte de la RV 8.1.1 A.T. de Google para la frase “Virtual Reality” Se analizó la frase “Virtual Reality”, la escala que se muestra se basa en la media del tráfico de Internet en todo el mundo de la frase mencionada desde el año 2004 hasta la presente. Figura 81. Google Trends para “Virtual Reality” Como podemos apreciar en esta gráfica el interés de la sociedad, en búsqueda de temas de Realidad Virtual han perdido vigencia en los últimos años, tal como lo demuestran las búsquedas realizadas de los usuarios de Internet en este tema. Figura 82. Google Trends países de búsqueda de “Virtual Reality” Los diez países en donde más se realizan estas búsquedas son: India, Malasia, Pakistan, Estados Unidos, Singapur, Filipinas, Australia, Nueva Zelanda, Sudáfrica, Corea del Sur. Los países se encuentran ordenados en importancia del número de búsquedas realizadas. Esto nos da una idea que aún existe intereses en estos países por el tema. 8.1.2 A.T. de Google de la frase “Realidad Virtual” en diversos idiomas Se realizó la búsqueda de la misma frase en español y se la comparó con las búsqueda de la frase en Inglés, al igual que en el caso anterior la escala que se muestra se basa en la media del tráfico de Internet en todo el mundo, desde el año 2004 hasta la presente. 136 Estado del Arte de la RV Figura 83. Google Trends para “Virtual Reality” y “Realidad Virtual” La línea en color azul muestra las búsquedas para “Virtual Reality”. La línea en color rojo muestra las búsquedas para “Realidad Virtual”. Se realizaron búsquedas en otros idiomas como el francés, el alemán, el hindi, el malayo, el chino, el coreano y no fueron tan representativas, por los que no se las incluye. 8.1.3 A.T. de Google de “Virtual Reality” comparado con temas relacionados Se compare la frase “Virtual Reality”, con diversas frases relacionadas como: 3d virtual reality, augmented reality, augmented virtual reality, reality games, virtual games, virtual online games, virtual reality games, virtual reality life, virtual reality online, virtual reality sound, virtual reality technology, virtual reality world y virtual world. Los únicos resultados visibles de estas comparaciones se dieron para las frases: virtual online games y Augmented Reality, como se muestran gráficamente. Figura 84. Comparación de Virtual Reality (azul) con virtual online games (rojo) Figura 85. Comparación de Virtual Reality (azul) con Augmented Reality (rojo) Las dos frases mostradas gráficamente muestran incluso una tendencia al alza en comparación a la frase “Virtual Reality”, especialmente la frase “Augmented Reality”. 137 Estado del Arte de la RV 8.1.4 A.T. de Google de otros tema de forma individual Como las comparaciones realizadas anteriormente con la frase “Virtual Reality”, no mostraban valores relevantes de graficar según el Google Trends, y como se quiere analizar si estos temas están aumentando o disminuyendo su interés a nivel mundial, se realizaron análisis de la tendencia de forma individual, con frases como: entornos virtuales, realidad aumentada, mundos virtuales, mundos virtuales 3D y otros. Las búsquedas se realizaron en inglés (color azul) y español (color rojo) dado que los otros idiomas no tienen porcentajes relevantes que se pueda observar. Google Trends para Entornos virtuales Google Trends para Realidad aumentada Google Trends para Mundos virtuales Google Trends para Mundos Virtuales 3d Google Trends para Juegos 3D Google Trends para Realidad virtual 3D Figura 86. Google Trends de temas relacionados Se puede apreciar que la tendencia de las búsquedas de entornos virtuales, son similares a la de realidad Virtual y realidad virtual 3D, es decir en descenso. No así para la temática de realidad aumentada y mundos virtuales 3D que tienen una tendencia creciente en los últimos 4 años y han superado a las búsquedas de la Realidad Virtual. 138 Estado del Arte de la RV Uniendo estas búsquedas en un solo gráfico para ver una comparación integrada tenemos: Figura: Comparación de Realidad Virtual, Realidad aumentada y Mundos virtuales 3D La línea en color azul muestra las búsquedas de “Realidad Virtual”. (en descenso) La línea en color rojo muestra las búsquedas de “Realidad aumentada”. (en aumento) La línea en color amarillo muestra las búsquedas de “Mundos virtuales 3D”. (en aumento) Las líneas de las otras frases no se ven reflejadas por los valores no son representativos. 8.1.5 A.T. de Google con librerías y motores gráficos para RV Existen viarias librearías para C, que se utilizan en la programación de la Realidad Virtual como: OpenGL, Direct3D, ó también motores gráficos como: OGRE, 3D Irrlicht, JAVA 3D, VR Juggler, Alice, OpenSceneGraph, Iris Performer, Lightning, MR Toolkit, World Toolkit, CAVELib, Virtools, Quest3D Se realizaron varios análisis de tendencias de estas librerías y algunas no mostraban resultados relevantes, por lo que fueron excluidas del gráfico, las más relevantes fueron Open GL, direct3D, java 3D, Ogre y virtools. Figura: Tendencia en Google de las búsqueda de la fase “Reality virtual” Como podemos apreciar estas herramientas estaban en auge en el 2004 hasta el 2005, pero después de eso su interés ha estado decayendo año a año, similar al interés mostrado por el tema de la Realidad Virtual. 139 CAPÍTULO 9 – INDUSTRIA DE LA REALIDAD VIRTUAL El Negocio de la Informática gráfica se puede a grandes pasos, según datos sobre inversión en RV que fueron presentado en (MACHOVER Carl, 2000), se indica que un factor en el renacimiento de la RV fue el ingreso a mediados de los 90, de las pantallas capaces de mostrar imágenes más grandes; con las imágenes tamaño pared, más usuarios podrían participar en la misma simulación. Para los fabricantes de aplicaciones de RV, estos grandes volúmenes de muestra eran muy caros y el mercado de RV se incrementó de $ 500 millones en 1996 a US $ 1,4 millones en 2000. Siguiendo las tendencias de la industria en gráficos por computador, Machover predijo que la RV 3D, crecería a una tasa anual del 21%, y estimó que para 2005 el mercado de RV alcanzaría $ 3,4 mil millones. Figura 87. Crecimiento en el tamaño de la industria VR desde 1993 al 2005 Fuente: Web de Librería online Wiley La figura ilustra el crecimiento en el tamaño de la industria de RV, elaborado por MediaWiley con datos tomados de los paper de (Donovan, 1993), y (Machover, 2000). Carl Machover, también indicó que los ingresos de inversiones en Computación Gráfica provendrán en gran medida de Internet e intranets; se estima que para el 2005 se tengan ingresos de US$ 13.73 billones. Esto quiere decir que la Computación Gráfica generara mejores ingresos al combinarse con Internet. Los negocios relacionados a la Realidad Virtual empezarán a desplazarse de una industria específica a una industria masiva e influirá en industria como la de los videojuegos, medicina, ejército y aviación, pero la reducción de sus precios con el paso de los años ha permitido que otras industrias tengan también acceso a esta tecnología. Esto nos permite visualizar que los negocios dejarán de enfocarse en ingeniería de gran escala, optimización de productos y uso en la industria; y, empezarán a dirigirse a mercados de consumo masivo y al sector de comunicaciones y servicio como el e‐commerce. 141 Estado del Arte de la RV Uno de los reportes actuales sobre el “Mercado de los gráficos para PC”, es el realizado por la empresa Jon Peddie Research, JPR113, en el cual se indica que el crecimiento de la industria se dará en un 7% aproximadamente. Figura 88. Crecimiento del mercado de los gráficos desde 1974 al 2015. Fuente: Jon Peddie Research Este reporte indica que el crecimiento a través de la recesión ha sido lento, pero que ha habido un crecimiento, este ha sido impulsado especialmente por los campos de la ciencia y el entretenimiento. De cara al futuro, la industria de los gráficos de computador en su conjunto podrá disfrutar de un crecimiento aún mayor que algunas de las industrias que lo componen, en especial en el área de los efectos especiales en películas y televisión, juegos de ordenador, la publicidad, y diseños de productos es una combinación de hardware y software avanzado. Este mismo informe muestra cual es la proyección del mercado del 2011 al 2015. Muestra que el total invertido en aplicaciones de CG tendrá un crecimiento de un 6.2% y que el total invertido en hardware de CG tendrá un crecimiento de un 7.3% Figura 89. Proyección de Total del Mercado H & S, de CG 2011 ‐ 2015 Fuente: Jon Peddie Research Además JPR, indica que los elementos básicos de la CG, como el hardware y software, tiene industrias adyacentes, tales como las Universidades que enseñan CG y visualización de datos; y 113 http://www.jonpeddie.com 142 Estado del Arte de la RV los Laboratorios de Visualización Gráfica en donde se ha desarrollado todo tipo de objetos de simulación, como aviones, automóviles hasta cepillos de dientes, teléfonos móviles. Se han realizado otros estudios sobre el “Consumo de los sistemas de Realidad Virtual” y sé a estimado que el consumo de estos sistemas está por debajo del $1 billón, mientras que la industria de los videojuegos está por los $6 billones. Las películas también han hecho uso de la Realidad Virtual para entrar a otros mundos, los museos usan grandes salas de teatro como parques de entretenimiento para evaluar los juegos mecánicos, se estima que el mundo del entretenimiento está obteniendo este gran impulso, gracias al apoyo que ha brindado esta tecnología. De acuerdo con un estudio realizado por la empresa Pearl Research114, en el 2010 el mercado chino de video juegos en línea creció un 25%, a 5 mil millones de dólares y va a superar los 8 mil millones de dólares en 2014, esto dado por el fuerte aumento de ingresos de los principales operadores de juego online en el país (Tencent, Netease, Shanda Games, Perfect World y Changyou), lo que está impulsando el crecimiento en China en esta área. Una encuesta desarrollada por la Consultora estadounidense E‐Learning 24/7 115 , entre 500 usuarios de servicios y productos de formación online de todo el mundo, reveló que el 52% de las personas busca experiencias de Realidad Virtual y/o Aumentada en los procesos de formación virtual, al considerar que ofrecen potencia no sólo a los cursos sino también a las plataformas LMS (Learning Management System) y LCMS (Learning Content Management System) en su conjunto. “Hay que olvidarse de los mundos virtuales; la realidad aumentada muestra una mayor capacidad de convertir una plataforma en una experiencia increíble para los usuarios finales.” (Craig Weiss, CEO de E‐Learning 24/7) Adicionalmente existen iniciativas que permitirán que esta tecnología se diversifique y las empresas aprovechen la Realidad Virtual sin tener que comprar la tecnología, como las del laboratorio de visualización (VisLab), en el Joshi Research Center de la Wright State University116 de Ohio, permite a las empresas usar este laboratorio y sus potentes ordenadores para simular los aspectos que necesiten de sus productos, y conocer así cómo funcionarían en una serie de situaciones hipotéticas, sin tener que montar un escenario real. El Joshi Research está alquilando el laboratorio de RV por 1.000 dólares al día. Otra iniciativa es la presentada por la Compañía Oculus, que ha acudido a Kickstarter117, la más grande plataforma de financiación del mundo para proyectos creativos, con el fin de conseguir financiación para su sistema Oculus Rift, este es un dispositivo similar a unas gafas que prometen una experiencia de Realidad virtual para videojuegos. Tanto éxito ha tenido esta iniciativa, que en solo dos días de haber lanzado la petición, ya disponían de más de 1 millón de dólares y aún no se había cerrado el tiempo previsto de recaudación. Los interesados para obtener un prototipo tendrán que donar 300 dólares o más y en diciembre de 2012 recibirá el dispositivo y un ejemplar del juego de Doom 3 BFG Edition, el primer juego de este sistema de Realidad Virtual. La iniciativa cuenta con el apoyo de algunas de las grandes compañías del sector de los videojuegos, como Valve, Epic Games, ID Software. Esto permitirá que la tecnología de RV llegue a usuarios finales a bajo costo. Web de la empresa Pearl Research: http://www.pearlresearch.com/index.html Web de la empresa E‐Learning 24/7: http://elearninfo247.com/ 116 Web de Wright State University de Ohio: http://www.wright.edu/ 117 www.kickstarter.com/projects/1523379957/oculus‐rift‐step‐into‐the‐game 114 115 143 Estado del Arte de la RV 9.1 La Academia y la Realidad Virtual La comunidad Universitaria siempre ha sido generadora de conocimiento y motor de los mercados, ya que entrega mano de obra calificada, basada en los requerimientos que esta tiene, es parte del rol de la Universidades entregar a los estudiantes de Informática Gráfica, un conocimiento pleno de las tecnologías que permiten la aproximación e interacción con mundos virtuales, así como también conocimiento de las nuevas posibilidades, y el horizonte investigativo que se puede tener con estas tecnologías. Veamos con datos el apoyo de la academia, en la enseñanza de la Realidad Virtual y otros cursos relacionados, para este trabajo se creó una Base de datos de las Universidades que dictan estos cursos, para el efecto se revisaron las web informativas de las primeras 100 universidades del Mundo del Ranking de Shanghái, aunque después se fueron incluyendo otras universidades, se encontraron un total de 436 cursos que se impartía en RV como área central y otras áreas directamente relacionadas, se puede apreciar en la gráfica que la mayoría de los cursos que se imparten están en Norteamérica y Europa, representando un 68% del total de cursos dictados en el mundo, seguido por Asia con un 23%, estos tres continentes representan el 91% del total de cursos que se dictan en el mundo.. Africa Oceanía Número de Sur América 2% 2% 5% Continentes cursos Norte América 157 Norte América Asia 36% 23% Europa 140 Asia 102 Sur América 23 Europa 32% África 7 Oceanía 7 Total general 436 Figura 90. Cuadro de universidades que dictan cursos de realidad virtual Fuente: Elaboración autora Los cursos de Realidad Virtual, representan el 64,2% y la diferencia del 35,8% representan los cursos relacionados directamente con el área en mención. Curso Curso Continentes RV Relac. Total África Asia Europa Norteamérica Oceanía Sur América 5 74 85 97 2 17 2 28 55 60 5 6 7 102 140 157 7 23 Total general 280 156 436 Figura 91. Cuadro de cursos de RV vs curso relacionados Fuente: Elaboración autora 144 Estado del Arte de la RV Podemos apreciar que existen grandes posibilidades de desarrollar este tipo de conocimientos en países que están ubicados en Sudamérica, Centro América y África, ya que la academia ubicada en estos continentes, no se ha enfocando a estos temas aún. 9.2 Universidades y sus laboratorios de investigación en RV Cuando se piensa en la academia como motor generador de nuevo conocimiento, se hace necesario pensar en la investigación como forma de mejorar, profundizar y generar ese nuevo conocimiento. La investigación puede concebirse bien como la intención de mover la frontera de algunos de los saberes o bien como la adquisición y el acceso a esas nuevas formas tanto cognoscitivas como tecnológicas que permiten de una u otra forma, que el ser humano encuentre nuevas y mejores formas de solución a los problemas que aquejan a la sociedad. Hablar de la RV es abrir un nuevo espacio de investigación, conocimiento y aplicación con el fin de encontrar en él formas absolutamente innovadoras para que la comunidad universitaria empiece a buscar nuevas aplicaciones en el uso de las altas tecnologías, sus nuevas expresiones y tendencias, y sobre todo para que se fortalezca la academia no solo desde el plano investigativo sino también desde el conocimiento en sí mismo y en el acceso a dicha tecnología. Para poder realizar investigación en Realidad Virtual, la Academia y algunas empresas han creado laboratorios en donde se la investiga junto a sus componentes, para esta sección de trabajo se creó una Base de Laboratorios que investigan sobre la Realidad Virtual y sus componentes, para el efecto se revisaron las web informativas de las primeras 100 universidades del Mundo, se ubicaron los laboratorios de procedencia de los paper presentado en diversos eventos de RV, y otras fuentes de información. De este análisis se puede observar que existe un mayor número de laboratorios de RV ubicados en Europa y en segundo lugar en América del Norte, juntos representan el 91%. América del Oceanía Continentes Institución América del Norte América del Sur Asia Europa Oceanía 69 5 15 154 3 1% Norte 28% América del Sur 2% Europa 63% Asia 6% Figura 92. Laboratorio de RV Fuente: Elaboración autora El solo hecho de poder acceder a la RV, interactuar con ella misma y encontrar sus bondades, aplicaciones, utilidades, incluso sus fallas, nos permite avizorar un panorama investigativo y de conocimiento académico, que desde todo punto de vista es completamente positivo para el progreso de la vida académica universitaria. 145 Estado del Arte de la RV 9.3 Eventos realizados de RV Con el fin de determinar que tan difundida está tecnología y para esta sección de trabajo se creó una Base de Eventos realizados sobre la Realidad Virtual y sus componentes, para el efecto se revisaron muchas web informativas, tomándose de base Siggraph, Eurograph, y otras fuentes de información. Esta BD se encuentra en el Anexo 3 – Eventos realizados sobre temas de Realidad Virtual. En este mismo contexto se encontró que se han desarrollado 157 eventos para dar a conocer los avances y promocionar la RV Continente Eventos 100 África 2 América del Norte América del Sur Asia Europa 43 14 30 68 Total general 157 50 0 Africa América del Norte América del Sur Asia Europa Figura 93. Total de eventos de Realidad Virtual Fuente: Elaboración autora Estos eventos se han venido realizando desde 1992, siendo el 2011 el año que más eventos se realizó sobre esta temática, 15 en total (7 en Europa, 4 en Asia, 3 en América del Norte y 1 en América del Sur). Incluso ya hay un evento programado para el 2013. Eventos realizados de RV 16 14 14 12 8 4 2 4 3 6 Figura 94. Eventos de Realidad Virtual por Año Fuente: Elaboración autora 146 2013 2012 2011 2010 2009 2008 2007 2006 2005 2004 2003 2002 2001 2000 1999 1998 1 1997 1994 1992 0 2 1996 2 1 1995 2 3 6 5 12 9 8 6 15 12 11 10 14 14 13 Estado del Arte de la RV 9.4 Producción intelectual de RV con datos del ACM Simposio VRST Pero la producción intelectual no se mide por el número de eventos realizados, se mide por el número de publicaciones que las Universidades, Organismos y Empresas ha realizado sobre temas relacionados a la RV, de los 347.642 artículos que el SIGGRAPH tiene en su Base de Datos, 4.416 artículos corresponden a temáticas relacionadas a la RV, esto representa solamente el 1,27%, de todos los artículos publicados en relación a los gráficos. En el ACM Simposio de Virtual Reality Software and Technology (VRST) existen 195 instituciones registradas que han contribuido con 1431 paper en esta temática. Continentes # de Paper # de Instituciones África América del Norte América del Sur Asia Europa Oceanía Total ==> 3 280 9 577 547 15 1431 1 44 3 66 77 4 195 Africa 0,21% Oceanía 1,05% America del Norte 19,57% Europa 38,23% America del Sur 0,63% Asia 40,32% Figura 95. Distribución de paper escrito sobre RV en el VRST del ACM Fuente: Elaboración autora En cada continente ha habido una producción intelectual diferente, revisemos estas cifras, Por ejemplo en América del Norte, el país que más producción intelectual ha realizado es EE.UU., las Instituciones que más han aportado son en orden de importancia: Virginia Tech, Georgia Tech, University of California, University of North Carolina, University of California, Davis, University of Minnesota, University of Illinois at Urbana‐Champaign, University of Southern California y University of Washington, estas representan el 56% de la Producción científica en EE.UU. América del Norte Canadá 16 EE.UU. 262 México 2 262 300 200 100 16 2 0 Cánada EE.UU. México Figura 96. Figura: Paper presentado en ACM VRST de América del Norte Fuente: Elaboración autora En Asia, los países que más producción intelectual ha realizado son Japón, China y Corea, las Instituciones que más han aportado en Japón son en orden de importancia: Osaka University, The University of Tokyo, Toyohashi University of Technology, Nara Institute of Science and Technology y Oita University. En China son: Chinese Academy of Sciences y Zhejiang University. En Corea son: Pohang University of Science and Technology, Electronics and Telecommunications Research Institute, Korea Advanced Institute of Science and Technology, 147 Estado del Arte de la RV Information and Communications University y Korea Institute of Science and Technology. Estas representan el 49% de la producción científica en Asia. Asia Japón 190 China 114 Corea 111 Hong Kong 76 Taiwán 31 Singapur 23 Israel 14 India 7 Tokio 6 Chipre 3 Tailandia 2 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 190 114 111 76 7 3 31 23 14 6 2 Figura 97. Paper presentado en ACM VRST de Asia Fuente: Elaboración autora En Europa, los países que más producción intelectual ha realizado son Reino Unido, Alemania, Francia y Suiza, las Instituciones que más han aportado en Reino Unido son en orden de importancia: University College London, University of Manchester y University of Nottingham. En Alemania son: Max‐Planck‐Institut für Informatik, University of Münster y University of Tübingen. En Francia son: IRISA, Instituto de Ciencias de la Computación y sistemas aleatorios, INRIA y Université Bordeaux 1. En Suiza son: Swiss Federal Institute of Technology y University of Geneva. Estas representan el 38,4% de la producción científica en Europa. En el caso de España es la University of Castilla La Mancha, quien más producción científica ha realizado en este tema. Europa Reino Unido 135 Alemania 125 Francia 83 Suiza 48 Austria 36 España 34 Italia 21 Suecia 18 Holanda 11 Noruega 8 Belgica 5 Polonia 5 Dinamarca 4 Grecia 4 Irlanda 4 Nueva Zelanda 3 Portugal 135 140 125 120 100 83 80 60 40 48 36 34 21 20 5 11 4 4 4 0 3 Figura 98. Paper presentado en ACM VRST de Europa Fuente: Elaboración autora 148 18 8 3 5 3 Estado del Arte de la RV En cuanto a las contribuciones en África vienen de University of the Witwatersrand de África del Sur, las de América del Sur provienen de 3 Instituciones de Brasil (University of São Paulo, Federal University of Pernambuco, Universidad de Fortaleza), y las contribuciones de Oceanía provienen de 4 Instituciones ubicadas en Australia (University of South Australia, University of New South Wales, Australian National University, University of Sydney). Se ha logrado determinar que Instituciones son las que investigan, el 83% de la producción científica proviene de la Academia, el 13% de los centros de Investigación sin fines de lucro y el 4% de los Centro de Investigación de empresas. Instituciones Centro de Investigación Empresa Universidad Centro de Investigación 13% 25 8 Empresa 4% Universidad 83% 162 Figura 99. Tipo de Instituciones que investigan en RV Fuente: Elaboración autora 9.5 Producción intelectual de RV con datos de CORDIS Con el fin de determinar qué proyectos de investigación se han realizado sobre la RV y sus componentes, de que países son, cuanto te ha invertido en estos proyectos, se revisaron las páginas web de CORDIS (Servicio de Información Comunitario sobre Investigación y Desarrollo)118 , que es la plataforma de información dedicada a las actividades europeas de investigación y desarrollo (I+D) y a la transferencia de tecnología, el CNRC (Consejo Nacional de Investigación de Canadá)119 en donde se encuentran las publicaciones y memorias de las investigaciones de este país; y de NSF (Fundación Nacional para la Ciencia) 120 , que es el organismo creado para promover el progreso de la ciencia, la salud nacional, la prosperidad y el bienestar de EE.UU. Por la facilidad presentada por la web para la búsqueda de información se creó una Base de los Proyectos de Investigación en RV que CORDIS ha financiado, para el efecto se revisó la web de Cordis, se seleccionó los proyectos que cumplían con nuestro requerimiento, se revisaron en detalle cada uno de los proyectos y se visitaron las web informativas del organismo y/o universidad que desarrollaron el proyecto. Es de indicar que algunos proyecto no son integralmente de RV, solo contienen algunos componentes de ella. De esta BD podemos indicar que los Programas, proyectos, movilidad para transferencia de la tecnología y eventos financiados por CORDIS en RV, corresponde a los siguientes países: Reino Unido, Alemania, Francia e Italia que corresponde al 55,3% del total de proyectos realizados en Europa sobre esta temática. Siendo Fraunhofer‐Gesellschaft Zur Foerderung der Angewandten Forschung e.v, Cs Systemes Dʹinformation sa y Universite de Geneve, las Instituciones que más financiamiento ha obtenido. Web de Servicio de Información Comunitario sobre Investigación y Desarrollo, Europa: http://cordis.europa.eu/ Web del Consejo Nacional de Investigación, Canadá: http://www.nrc‐cnrc.gc.ca/eng/index.html 120 Web de Fundación Nacional para la Ciencia, EE.UU.: http://www.nsf.gov/ 118 119 149 Estado del Arte de la RV Países Reino Unido Alemania Francia Italia Otros 142 132 131 93 402 Figura 100. Programas, Proyectos y Eventos en RV financiado por CORDIS Fuente: Elaboración autora Los proyectos de RV se han ejecutado desde 1986, la gráfica siguiente, nos muestra el número de proyectos que se han ejecutado a lo largo del tiempo, como podemos apreciar es el 2004, en donde se han iniciado la ejecución de un mayor número de proyectos de RV, seguido por el 2006, 2005, 2010, 2011, en ese orden. Figura 101. Proyectos financiados de RV por año Fuente: Elaboración autora Estos proyectos tienen un tiempo de duración promedio de 34 meses, y una inversión promedio de 3.738.560,94 euros. La Inversión total de este tipo de proyectos asciende a 2.411.371.805,00 euros, siendo el 2004 el año que más inversión se realizó, alcanzando un valor de 677.348.309,00 euros, seguido por los años 2000 y 2006. Conocemos que en el 2010 y 2011 iniciaron un gran número de proyectos sin embargo el monto de inversión de estos proyectos ha sido menor. Figura 102. Monto de financiamiento de los proyectos de RV por año Fuente: Elaboración autora 150 Estado del Arte de la RV Los proyectos mencionados tienen diferentes estados, algunos de estos proyectos han concluidos, otros se encuentran en ejecución, otros han sido aceptados por CORDIS, pero no han empezado su ejecución. Estado de los proyectos Aceptado no ejecutado Concluido Ejecución 31 685 187 Figura 103. Estado de los Proyectos Fuente: Elaboración autora No se pudo determinar a qué áreas industriales pertenecían los proyectos de Cordis, hubiera sido interesante conocer cuanta inversión se ha realizado para software de apoyo a la medicina, aviación, psicología, química, otras. También hubiera sido interesante conocer cuánto de la inversión realizada fue para hardware, Software, y pago de personal. 151 CAPÍTULO 10 ‐ OPORTUNIDADES PARA APLICAR LA RV EN ECUADOR Y LATINOAMÉRICA En América Latina, universidades de países como Brasil, México, Colombia y Venezuela poseen laboratorios dedicados a estudios en este campo, en busca de nuevos avances en la tecnología que puedan tener repercusiones sociales, económicas y culturales. Brasil y México son de los países que han realizado incipientes producciones científicas, el resto de países son por ahora solo seguidores de esta tecnología. En la Universidad Nacional Autónoma de México UNAM, existe el Observatorio de Visualización iXtli; una sala de alta tecnología diseñada para visualizar y simular objetos e imágenes en 3D, mediante un sistema de realidad virtual inmersiva. 121 Posee una pantalla curva especialmente diseñada para realzar las representaciones de los proyectos de investigación. Por otro lado, la Universidad EAFIT122 en Colombia también goza de un laboratorio de realidad virtual creado con el fin de promover la aplicación de la tecnología de realidad virtual en diferentes áreas del saber, que permita la participación tanto de la academia como del área de la investigación y desarrollo. Tiene algunos proyectos en curso como el Túnel de viento Virtual, el Simulador de Cirugías, el de Telepresencia y el de Rehabilitación Motora usando Realidad Virtual. En Venezuela, en la Universidad Central de Venezuela, UCV, también existe un Laboratorio de Realidad Virtual, en la Facultad de Ciencias. El proyecto líder en el laboratorio de RV consiste en un quirófano virtual que funciona como un servicio de la unidad de traumatología del Hospital Clínico Universitario, dentro de la misma UCV.123 Actualmente en el Ecuador existen centros de diversión de juegos computarizados y algunos incipientes simuladores para niños y jóvenes, pero ninguna de las Universidades del país cuenta con un Laboratorio de Realidad Virtual. En cuanto a la empresas y el área de computación, según la Superintendencia de Compañías de Ecuador 124 , en el 2011 existían 633 empresas en el sector software (277 microempresa, 117 pequeña, 16 medianas y 3 grandes). Según Aesoft, estas empresas en su mayoría tiene problemas internos en cuanto a cumplimiento de contratos, los expertos del sector informático estiman que se generan incumplimientos en al menos el 90% de los cronogramas de las empresas, generando por lo tanto insatisfacción del cliente, y una baja calidad en el desarrollo Web de Observatorio de Visualización iXtli: http://www.ixtli.unam.mx/ Web de Universidad EAFIT: http://arcadia.eafit.edu.co/ 123 Web de la Universidad Central de Venezuela: http://caibco.ucv.ve/caibco/caibco/Noticias/Quirofano.htmh 124 Web de la Superintendencia de Compañías de Ecuador: www.supercias.gov.ec 121 122 153 Estado del Arte de la RV software, lo que representa una oportunidad para las Universidades de fortalecer este sector y de crear nuevas áreas de desarrollo. En cuanto a la distribución geográfica de estas empresas, 49% de las empresas se encuentran en Quito (Capital de Ecuador), 37% en Guayaquil, y 6% en Cuenca. Las 3 principales ciudades de Ecuador, generando alrededor de 7200 puestos de trabajo, 36% directos, 55% indirectos y 9% a destajo. Según datos de la Agencia ecuatoriana de Software, AESOFT, en el 2011 se facturaron $250 millones, de las cuales $32 millones software de exportación, aún así no se cubren la demanda local de software a completa satisfacción de los clientes. En la Escuela Superior Politécnica del Litoral (ESPOL), la Universidad número 1 de Ecuador, en su Centro de Investigación y Tecnología de ESPOL, CTI, ha explorado potenciales temas de Investigación, desarrolló una aplicación de Realidad Aumentada, que consiste en un libro de enseñanza primaria, el cual incluye animaciones que se activan con los códigos QR. Esta naciente investigación avizora la oportunidad de plantear la implementación de un Laboratorio de Realidad Virtual, para impulsar la investigación en esta área en la Universidad. No obstante este panorama positivo, el sector enfrenta dificultades, es evidente que quien desarrolla software debe adoptar algún mecanismo de creación y de diversificación para aprovechar las tendencias mundiales en esta área, (AESOFT 2011). Esto representa oportunidades para el sector de Computación gráfica y específicamente la Realidad Virtual, una forma de diversificación de la empresas en temas no tradicionales y de mucho auge mundial. Se recomienda que la industria y la academia trabajen en conjunto para definir una estrategia para formar talento humano acorde a las necesidades actuales del mercado, aprovechando que la Industria del software fue declarado en el 2011, por el Gobierno actual del Ecuador como un sector estratégico en la economía nacional, convirtiéndose en uno de los sectores priorizados por la agenda de transformación productiva. Para poder abordar la Realidad Virtual en Ecuador se tendría que comenzar por explicar que es la misma, para que sirva, como podríamos utilizarla y cuáles serían sus beneficios. Esto podría lograrse atrayendo a uno de los eventos importantes que se dan en esta área como es el Siggraph, dictando talleres y seminarios en diversas Instituciones a personas interesadas. Se podría reforzar las áreas de diseño gráfico y animación, las áreas de programación, a personas que tenga conocimiento básico sobre las aplicaciones y programas con que se podría trabajar la Realidad Virtual. Esto sería tanto para alumnos como para profesores. Cuando esta se empiece a emplear, y se tenga personas capacitadas, o por lo menos un staff de profesionales, se debería diseñar algún tipo de herramienta que sirva como medio de promoción y que se lo pueda promocionar en las diversas Instituciones a nivel nacional. Con personal capacitado se podría presentar también ideas de proyectos en las convocatorias nacionales con el fin de realizar Investigaciones para el desarrollo de diversos sistemas informáticos que generen en tiempo real representaciones de la realidad, aprovechando los costos descendientes de la tecnología, como los cascos, guantes necesarios para poder interactuar con ella, aprovechando las últimas tendencias como son el amplio número de dispositivos móviles. Se podría también aplicar la RV en el país para preservar el patrimonio cultural que Ecuador posee, y por ende su historia. Se podrían desarrollar aplicaciones de simulación, de animación y de videojuegos para aprovechar el conocimiento de los estudiantes de la carrera de Diseño 154 Estado del Arte de la RV gráfico y de informática. El punto importante pasa a ser entonces: ¿En qué ámbitos trabajar?, ¿qué aplicaciones pueden tener más sentido o resultan más útiles, ya sea por tener un mayor impacto o por beneficiar a más personas? Si la RV se incluye como herramienta de trabajo de los docentes facilitaría la explicación de conceptos complejos o abstractos, esta motivación añadida para el alumno, le animaría a aprender y continuar explorando el mundo virtual, mientras observa y escucha al mismo tiempo. Sin ninguna duda, la incorporación de la Realidad Virtual supondrá un salto cualitativo muy importante en el aprendizaje de disciplinas o áreas de conocimiento, especialmente en aquellas en las que resulta difícil visualizar los procesos estudiados, la utilización de modelos virtuales permite obtener un sentido del espacio 3D del que carece cualquier otro sistema de representación gráfica, un Mundo Virtual permitiría explorar y comparar dos procesos diferentes que generan el mismo resultado, y así contrastar el beneficio de cada proceso. esto podría ser un punto de inicio en el desarrollo de esta tecnología en el país. 155 CAPÍTULO 11 ‐ CONCLUSIONES La Realidad Virtual usa el computador y otros elementos coordinados por ella, para la simulación dinámica y tridimensional con alto contenido gráfico, acústico y táctil. En esta simulación el usuario ingresa a mundos aparentemente reales, resultando inmerso en ambientes de origen artificial, al delimitar lo que comprende la RV se evidencia que no solo la Realidad Virtual Total es centro de estudio. Adquirir este tipo de tecnología es costoso, la única forma para acceder a ella (además de la compra directa) es a través de proyectos de investigación, que no solo la adquieran sino que se comprometan a mostrar las posibilidades y los horizontes que estas formas tecnológicas permiten. Pero el no disponer de equipos, no es excusa para no participar del mundo de la Realidad Virtual, existen laboratorios que alquilan sus equipos por día que pueden ser usados para probar las aplicaciones, sin necesidad de realizar grandes inversiones; así como también, existen equipos que nos permiten vivir la experiencia con costos asociados no tan elevados. Cabe indicar que existe un interés generalizado a nivel mundial que espera que esta tecnología por fin despegue, un ejemplo de ello es el proyecto de gafas “Oculus Rift” de realidad virtual para PC, esto nos parece indicar que está creciendo el interés en la evolución de sistemas comerciales, orientados al mercado de PC, lo que permitirá que el usuario no especializado tenga acceso a este. Existen muchos tipos biocontroladores que han sido analizados en este documento como los sensores que toman los movimientos del cuerpo como señales de control, controladores musculares que capturan y trazan señales de la actividad eléctrica de los músculos, dispositivos de fuerza, etc., así como software que le permite interactuar con los Sistema de RV. Los usos de la RV han sido muy dispares, aunque los más usuales son la investigación y la simulación, con la excepción de las aplicaciones militares, la mayoría de las investigaciones de realidad virtual y el desarrollo de productos de realidad virtual están siendo realizados por pequeñas empresas en formación, exceptuando grupos universitarios o extensos grupos de expertos. La mayoría de las compañías involucradas activamente en la investigación y el desarrollo de tecnologías de realidad virtual emplean menos de 10 personas. Desgraciadamente la experiencia virtual nunca será experiencia real, incluso con toda la tecnología del mundo, una persona que no puede caminar, todavía no puede hacerlo. En cualquier caso, una experiencia virtual cuidadosamente diseñada puede aproximar en la mente de una persona la participación, proporcionar un sentido de control sobre el entorno, aunque sea virtual y facilitar, en gran medida los procesos de aprendizaje y entrenamiento. Existen diversos riesgos asociados a la RV, uno de ellos es “la evasión” que ofrece al permitirnos ingresar a nuevos mundos, nos saca temporalmente del mundo actual, lo cual puede ser nocivo 157 Estado del Arte de la RV si se abusa, puede generar dependencia hacia lo que queremos tener, y este probablemente no coincida con nuestra realidad. Existen otros efectos colaterales físicos asociados a la experiencia prolongada de sistemas de RV, los síntomas incluyen, entre otros, náuseas, fatiga visual y desorientación espacial. Para concluir hay que indicar que la realidad virtual dará mucho que hablar aún y que esta depende de la relación entre la investigación, la aplicación y el desarrollo tecnológico. Así como también de la unión de fuerzas entre la Universidad, empresa y gobierno. 158 Estado del Arte de la RV ANEXOS 159 Estado del Arte de la RV Anexo 1 ‐ Listado de Mundos Virtuales en línea (MUVEs) Según criterios de Betsy Book (Virtual Worlds Review), estos se clasifican en: PARA NIÑOS Disney’s Toontown Mokitown Virtual Magic Kingdom Whyville PARA JÓVENES Coke Studios Dubit Habbo Hotel The Manor The Palace Playdo Second Life for Teens The Sims Online Sora City There TowerChat whyrobbierocks.com Yohoho! Puzzle Pirates DE 20 A 30 AÑOS Active Worlds Cybertown Dreamville The Manor Moove Muse The Palace Second Life The Sims Online Sora City TowerChat There Virtual Ibiza Voodoo Chat VP Chat VZones Worlds.com Yohoho! Puzzle Pirates PARA MÁS DE 40 The Manor Moove The Palace There Traveler PARA FORMADORES Active Worlds Cybertown Muse Second Life PARA NOVATOS Coke Studios Dubit Habbo Hotel Playdo The Sims Online There TowerChat Virtual Magic Kingdom VP Chat VZones whyrobbierocks.com Whyville Yohoho! Puzzle Pirates PARA ARTISTAS Active Worlds Cybertown Muse Second Life There Worlds.com PARA ACCESO TELEFÓNICO Coke Studios Dubit Habbo Hotel The Manor Mokitown The Palace Playdo TowerChat Traveler Virtual Ibiza Voodoo Chat VP Chat VZones Whyville Worlds.com PARA ANCHO DE BANDA Active Worlds Cybertown Disney’s Toontown Dreamville Moove 161 Muse Second Life VP Chat Voodoo Chat Worlds.com Yohoho! Puzzle Pirates The Sims Online There Yohoho! Puzzle Pirates ACCESO GRATUITO Active Worlds Coke Studios Dreamville Dubit Habbo Hotel Mokitown Moove Muse The Palace Playdo Second Life Sora City There TowerChat Traveler Virtual Ibiza Virtual Magic Kingdom Voodoo Chat whyrobbierocks.com Whyville Worlds.com Yohoho! Puzzle Pirates Para Mac Coke Studios Dubit Habbo Hotel The Manor Mokitown The Palace Playdo Second Life TowerChat Virtual Ibiza VZones whyrobbierocks.com Whyville Yohoho! Puzzle Pirates Estado del Arte de la RV Anexo 2 – Comparativo de características y precios de componentes relacionados con RV HDM (Head ‐ Mounted Displays) Modelo FOHMD dVISOR VFX1 CyberEye Compañía CAE‐Electronics Division FORTE Technologies General Reality Resolución 1000x1000 345x259 428x224 420x230 Rango de Visión 127Hx66V 105Hx41V 46Hx35V 22.5Hx17V 120Hx90V, 60% overlap 60diag up to 60x100 100Hx30V, 100% overlap 40Hx30V 140H, 100% overlap 84H x 65V 61H x 46V 84H x 65V 80deg ~52deg ~52deg 45Hx32V, 100% overlap Display Fibra óptica color LCD color LCD color LCD Precio $250,000 $5000 $695 $1995 SenseCover cx2 IMP ART 400x300 color LCD $8700 Sim Eye 60 Kaiser Electro‐optics 1280x1024 color CRTs $135,000 Vim 1000pv Kaiser Electro‐optics 2340x230 color LCD $6,495 Vim 500pv Cyberface 2 MRG 2.2 MRG 4 MRG 3c Datavisor 80 Datavisor HiRes Datavisor VGA HMSI Model 1000 Kaiser Electro‐optics LEEP Liquid Image Liquid Image Liquid Image nVision nVision nVision 780x230 479x234 240x240 480x234 768x556 up to 1280x1024 up to 1280x1024 640x480 color LCD color LCD color LCD color LCD color LCD color CRT color CRT color CRT $2,495 $8100 $3,495 $2,195 $5,500 >$100,000 $24900 $24900 RPI 450x240 color LCD $5000 780x230 (180Kp) 56deg color LCD $899 180Kp 30deg color LCD 113Kp 23deg color LCD 479x234 63H, 100% overlap 40Hx30V, 100% overlap 40Hx30V, 100% overlap 60 55deg color LCD $799 ‐ w/ tracking $599 just video $599 ‐ w/ tracking $399 just video $5000 mono CRT $56000 color CRT $87000 color LCD color CRT $7900 $19,900 PID P1 VictorMaxx (Descontinuado) Virtual I/O (Descontinuado) Virtual I/O (Descontinuado) Virtual Reality PID 131 Virtual Reality 1280x1024 PID 133 Virtual Reality 1280x1024 VR4 FS5 Virtual Research Virtual Research 742x230 (170Kp) 800x600 CyberMaxx 2.0 i‐glasses!(Pro) i‐glasses!(Home) Displays Rango de vision 90‐100H, 100% overlap 90‐100H, 100% overlap dual color CRTs $74,000 color CRTs $74,000 720x240 70H color LCD $15,000 Liquid Image 640x480 40deg diag greyscale $3495 Virtual Binoculars nVision up to 1280x1024 60deg color CRT Private Eye Reflection Technology 720x280 22Hx14V mono LED $500 CrystalEyes StereoGraphics N/A N/A LCD shutter glasses $985 SGS Tektronix N/A N/A passive glasses $1500 Modelo Compañia Resolucion BOOM‐2C Fake Space Labs 1280x1024 BOOM‐3C Fake Space Labs 1280x1024 Cyberface3 LEEP MRG 6 162 Display Precio Comentarios display counterbalanced display counterbalanced pantalla monoscopica Pantalla sencilla para un solo ojo. Pantalla sencilla para un solo ojo. trabaja con monitores SGI, PC LCD adecuadamente Estado del Arte de la RV Modelo Compañia Rango de vision Resolucion Display Precio RSP110 Virtual Vision 300x200 20H color LCD $700 DK210 Virtual Vision 300x200 60H, 100% overlap color LCD $2900 Comentarios cerrada sobre el monitor pantalla sencilla para un solo ojo semitransparente invisible Convertidores de Sonido 3D Modelo Convolvotron Beachtron Alphatron Acoustetron II Focal Point Audio Architect Audio Image Sonic Architect Audio Image Sound Cube Compañía Crystal River Engineering Crystal River Engineering Crystal River Engineering Crystal River Engineering Focal Point 3D Audio Visual Synthesis Entrada Precio Comentarios 4 canales $15,000 Tarjeta de PC 2 canales $1495 Tarjeta Sintetizadora de PC 2 canales $495 Tarjeta de PC 8 canales $11,995 Sistema stand‐alone 2 canales $1500 Tarjeta Sintetizadora para Mac or PC 2 canales $500 Visual Synthesis 2 canales $1500 Sistema descubierto por SGI, Sun, DEC Sistema descubierto por SGI, Sun, DEC, modelos de absorción o reflexión. Visual Synthesis 2‐8 canales $8000 Manipulación de sonido en tiempo real. Dispositivos Haptic Feedback. Modelo Teletact II Compañia ARRC/Airmuscle Feedback Force Parte del Cuerpo Dedos, mano Precio $4900 Interactor Aura Systems Tactile Chest $89 DTSS X/10 CM Research Tactile Piel $10,000 TouchMaster Exos Tactile Dedos N/A Force ArmMaster SAFIRE Exoskeletal Master Exos Exos Sarcos Force Force Force shoulder, braso Dedos,wrist Dedos, mano N/A N/A $100,000 Phantom SensAble Technologies Force Un dedo $19,000 CyberTouch Virtual Technologies Tactile Tactools XTT1 XTensory Tactile Mano (fingertips y palma) Piel Comentarios 30 bolsas de aire Bobinas de voz, para juegos. pantalla de temperatura Bobinas de voz, 10 canales 5 DOF 11 DOF 10 DOF 6 DOF, buena respuesta Vibrotactile actuators 10 actactores $14,800 $1500 Gloves Modelo Dexterous Hand Master Compañía Tipo Sensores Precio Comentarios Exos Mecánico 20 $15,000 Preciso pero abultado 5th Glove Fifth Dimension Technologies Fibra óptica 5 $495 Exoskeletal Hand Master Sarcos Mecánico 16 N/A Invisible 163 Estado del Arte de la RV Modelo Compañía CyberGlove Virtual Technologies DataGlove Greenleaf Medical Systems Tipo Resiste dobladuras Sensores 18 o 22 Fibra óptica 10 Precio $9,800 (18 sensores) $14,500 (22 sensores) Comentarios Comfortable Antiguamente hecho para VPL N/A DOF Mice y Wands. Modelo Compañía Método Freq. DOF Laten. Tipo Bird Ascension Magnetic 144Hz 6 12ms Mouse Alambre N/A N/A N/A Alambre 30Hz 3 Alambre N/A N/A Cricket CyberBat CyberStic k Digital Image Design Forte Technologies General Reality Precisión 0.1in, 0.5deg Precio Comentarios. $2695 invisible Joystick N/A $99 25ms Inertial 0.1deg $99 N/A Joystick N/A $99 sensores de declive sensores de declive sensores de declive Trackers de Posicionamiento y Orientación Compañía Método Freq. DO F Laten . #Rcvr s Rang o Polhemus Magnetico 30Hz 6 12ms 2 5ft Polhemus Magnetico 30Hz 6 20ms 2 5ft FasTrak Polhemus Magnetico 30Hz 6 4ms 4 10ft Flock Of Birds Ascension Magnetico 144Hz 6 N/A 30 3ft FOB/10 Ascension Magnetico 144Hz 6 N/A 30 10ft VR‐360 Angularis Eshed Science & Technology General Reality Inercial 500Hz 3 2ms 1 20ft 0.1in, 0.5deg N/A Ultrasonic 100Hz 3 2ms 1 12ft Inercial 30Hz 3 <50m s 1 N/A Modelo InsideT rak IsoTrak II V‐scope CyberT rack 164 Precisió n 0.5in, 2.0deg 0.1in, 0.75deg 0.03in, 0.15deg 0.1in, 0.5deg Preci o Comentarios . $999 Para juegos. $2875 $6050 Mayor de 3 ft Mayor de 5 ft $2695 $2200/rcvr $8090 $2200/rcvr $9200 invisible N/A $2800 invisible 1.25deg N/A invisible Estado del Arte de la RV Anexo 3 – Eventos realizados sobre temas de Realidad Virtual Eventos realizados sobre temas de Realidad Virtual Organismo Abrevi Año Ciudad País Continente Web Augmented and Virtual Reality (AR/VR) Technologies Computación Visual Simposio Internacional Computación Visual Simposio Internacional Computación Visual Simposio Internacional Computación Visual Simposio Internacional Computación Visual Simposio Internacional Computación Visual Simposio Internacional Computación Visual Simposio Internacional Computación Visual Simposio Internacional Conferencia Europea de multimedia y Realidad Virtual Conferencia Europea de multimedia y Realidad Virtual Conferencia Europea de multimedia y Realidad Virtual Conferencia Europea de multimedia y Realidad Virtual Conferencia Internacional de Computación Gráfica, Á Conferencia Internacional de Computación Gráfica, Á Conferencia Internacional sobre Agentes Inteligentes Conferencia Internacional sobre el Continuum de Conferencia sobre Software de Realidad Virtual y Conferencia sobre Software de Realidad Virtual y Conferencia sobre Software de Realidad Virtual y CARVI, Congreso de Aplicaciones de Realidad Virtual CARVI, Congreso de Aplicaciones de Realidad Virtual CARVI, Congreso de Aplicaciones de Realidad Virtual CARVI, Congreso de Aplicaciones de Realidad Virtual CARVI, Congreso de Aplicaciones de Realidad Virtual CARVI, Congreso de Aplicaciones de Realidad Virtual CARVI, Congreso de Aplicaciones de Realidad Virtual CARVI, Congreso de Aplicaciones de Realidad Virtual CARVI, Congreso de Aplicaciones de Realidad Virtual ICVRV, International Conference on Virtual Reality and ICVRV, International Conference on Virtual Reality and IEEE Virtual Reality Conference IEEE Virtual Reality Conference IEEE Virtual Reality Conference IEEE Virtual Reality Conference IEEE Virtual Reality Conference IEEE Virtual Reality Conference IEEE Virtual Reality Conference International Symposium on Ubiquitous Virtual Reality International Symposium on Ubiquitous Virtual Reality International Symposium on Ubiquitous Virtual Reality International Symposium on Ubiquitous Virtual Reality Joint Virtual Reality Conference Joint Virtual Reality Conference Joint Virtual Reality Conference Joint Virtual Reality Conference LAVAL VIRTUAL LAVAL VIRTUAL LAVAL VIRTUAL LAVAL VIRTUAL LAVAL VIRTUAL LAVAL VIRTUAL LAVAL VIRTUAL MMVR, Medicine Meets Virtual Reality MMVR, Medicine Meets Virtual Reality MMVR, Medicine Meets Virtual Reality MMVR, Medicine Meets Virtual Reality MMVR, Medicine Meets Virtual Reality MMVR, Medicine Meets Virtual Reality MMVR, Medicine Meets Virtual Reality MMVR, Medicine Meets Virtual Reality MMVR, Medicine Meets Virtual Reality MMVR, Medicine Meets Virtual Reality MMVR, Medicine Meets Virtual Reality MMVR, Medicine Meets Virtual Reality MMVR, Medicine Meets Virtual Reality MMVR, Medicine Meets Virtual Reality MMVR, Medicine Meets Virtual Reality MMVR, Medicine Meets Virtual Reality MMVR, Medicine Meets Virtual Reality Simposio Internacional de Innovación VR Simposio Internacional de Realidad Virtual, Arqueología y Simposio Internacional de Realidad Virtual, Arqueología y Simposio Internacional de Realidad Virtual, Arqueología y Simposio Internacional de Realidad Virtual, Arqueología y SAE 2012 ISVC ISVC ISVC ISVC ISVC ISVC ISVC ISVC CEMVRC CEMVRC CEMVRC CEMVRC Afrigraph Afrigraph IVA 07 VRCIA Carvi 2003 Carvi 2004 Carvi 2005 Carvi 2006 Carvi 2007 Carvi 2008 Carvi 2009 Carvi 2010 Carvi 2011 ICVR ICVR VR 2006 VR 2007 VR 2008 VR 2009 VR 2010 VR 2011 VR 2012 ISUVR ISUVR ISUVR ISUVR ICAT ‐ ICAT ‐ ICAT ‐ ICAT ‐ MMVR, 1 MMVR, 2 MMVR, 3 MMVR, 4 MMVR, 5 MMVR, 7 MMVR, 8 MMVR, 9 MMVR, 10 MMVR, 11 MMVR, 12 MMVR, 14 MMVR, 15 MMVR, 16 MMVR, 17 MMVR, 18 MMVR, 19 ISVRI 2011 VAST 2000 VAST 2001 VAST 2002 VAST 2003 2012 2012 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2005 2005 2006 2004 2006 2009 2007 2006 1998 2000 2001 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2011 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2007 2011 2012 2008 2009 2012 2010 2011 2005 2006 2007 2009 2010 2011 2012 1992 1994 1995 1996 1997 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2011 2000 2001 2002 2003 Rethymnon, Lake Tahoe Lake Tahoe Lake Tahoe Las vegas Las vegas Las vegas Las vegas Prague Praga Eger Ciudad del Pretoria París CUHK Alava Alava Alava Alava Alava Alava Alava Alava Alava Qinhuangda Beijing Virginia Carolina del Nevada Gwangju Jeju‐si KAIST, Gwangju Lyon Madrid Stuttgart Nottingham San Diego California California California California California Atenas Brighton EE.UU Grecia EE.UU. EE.UU. EE.UU. EE.UU. EE.UU. EE.UU. EE.UU. República República Hungría Sudáfrica Sudáfrica Francia Hong Kong Taiwán Corea del Canadá España España España España España España España España España China China EE.UU. EE.UU. EE.UU. EE.UU. EE.UU. EE.UU. EE.UU. Corea del Corea del Corea del Corea del Francia España Alemania Reino Unido Francia Francia Francia Francia Francia Francia Francia EE.UU. EE.UU. EE.UU. EE.UU. EE.UU. EE.UU. EE.UU. EE.UU. EE.UU. EE.UU. EE.UU. EE.UU. EE.UU. EE.UU. EE.UU. EE.UU. EE.UU. Singapur Grecia. Reino América del Norte Europa América del Norte América del Norte América del Norte América del Norte América del Norte América del Norte América del Norte Europa Europa Europa Europa Africa Africa Europa Asia Asia Asia América del Norte Europa Europa Europa Europa Europa Europa Europa Europa Europa Asia Asia América del Norte América del Norte América del Norte América del Norte América del Norte América del Norte América del Norte Asia Asia Asia Asia Europa Europa Europa Europa Europa Europa Europa Europa Europa Europa Europa América del Norte América del Norte América del Norte América del Norte América del Norte América del Norte América del Norte América del Norte América del Norte América del Norte América del Norte América del Norte América del Norte América del Norte América del Norte América del Norte América del Norte Europa Europa Europa Europa Europa http://www.sae.org/events/arvr/ http://www.isvc.net/ http://www.isvc.net/05/ http://www.isvc.net/06/ http://www.isvc.net/07/ 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http://www.isuvr.org/ http://jvrc09.inrialpes.fr/ http://jvrc12.fi.upm.es/ http://www.jvrc2010.org/ http://www.nottingham.ac.uk/jvrc201 isvri 2011.org http://www.eg.org/EGold/events/wor 165 Estado del Arte de la RV Eventos realizados sobre temas de Realidad Virtual Organismo Abrevi Año Ciudad País Continente Web Simposio Internacional de Realidad Virtual, Arqueología y Simposio Internacional de Realidad Virtual, Arqueología y Simposio Internacional de Realidad Virtual, Arqueología y Simposio Internacional de Realidad Virtual, Arqueología y Simposio Internacional de Realidad Virtual, Arqueología y Simposio Internacional de Realidad Virtual, Arqueología y Simposio Internacional de Realidad Virtual, Arqueología y Simposio Internacional de Realidad Virtual, Arqueología y Simposio Internacional de Realidad Virtual, Arqueología y Simposio Internacional sobre Arquitectura Virtual y Simposio Internacional sobre Realidad Virtual Ubicua SVR, Symposium on Virtual and Augmented Reality SVR, Symposium on Virtual and Augmented Reality SVR, Symposium on Virtual and Augmented Reality SVR, Symposium on Virtual and Augmented Reality SVR, Symposium on Virtual and Augmented Reality SVR, Symposium on Virtual and Augmented Reality SVR, Symposium on Virtual and Augmented Reality SVR, Symposium on Virtual and Augmented Reality SVR, Symposium on Virtual and Augmented Reality SVR, Symposium on Virtual and Augmented Reality SVR, Symposium on Virtual and Augmented Reality SVR, Symposium on Virtual and Augmented Reality SVR, Symposium on Virtual and Augmented Reality SVR, Symposium on Virtual and Augmented Reality Taller Internacional sobre Tecnología de proyección Taller Internacional sobre Tecnología de proyección Taller Internacional sobre Tecnología de proyección Taller Internacional sobre Tecnología de proyección Taller Internacional sobre Tecnología de proyección Taller Internacional sobre Tecnología de proyección Taller Internacional sobre Tecnología de proyección VRCAI, Virtual Reality Continuum and its Applications in VRCAI, Virtual Reality Continuum and its Applications in VRCAI, Virtual Reality Continuum and its Applications in VRCAI, Virtual Reality Continuum and its Applications in VRCAI, Virtual Reality Continuum and its Applications in VRCAI, Virtual Reality Continuum and its Applications in VRCAI, Virtual Reality Continuum and its Applications in VRIPHYS, Interacción, Realidad Virtual y Simulación Física VRIPHYS, Interacción, Realidad Virtual y Simulación Física VRIPHYS, Interacción, Realidad Virtual y Simulación Física VRIPHYS, Interacción, Realidad Virtual y Simulación Física VRIPHYS, Interacción, Realidad Virtual y Simulación Física VRIPHYS, Interacción, Realidad Virtual y Simulación Física VRIPHYS, Interacción, Realidad Virtual y Simulación Física VRIPHYS, Interacción, Realidad Virtual y Simulación Física VRIPHYS, Interacción, Realidad Virtual y Simulación Física VRIPHYS, Interacción, Realidad Virtual y Simulación Física VRST, Virtual Reality Software and Technology VRST, Virtual Reality Software and Technology VRST, Virtual Reality Software and Technology VRST, Virtual Reality Software and Technology VRST, Virtual Reality Software and Technology VRST, Virtual Reality Software and Technology VRST, Virtual Reality Software and Technology VRST, Virtual Reality Software and Technology VRST, Virtual Reality Software and Technology VRST, Virtual Reality Software and Technology VRST, Virtual Reality Software and Technology VRST, Virtual Reality Software and Technology VRST, Virtual Reality Software and Technology VRST, Virtual Reality Software and Technology VRST, Virtual Reality Software and Technology VRST, Virtual Reality Software and Technology VRST, Virtual Reality Software and Technology WINVR, World Conference on Innovative Virtual Reality WINVR, World Conference on Innovative Virtual Reality Workshop on Cloud‐Mobile Convergence for Virtual Workshop on Cloud‐Mobile Convergence for Virtual Workshop on Cloud‐Mobile Convergence for Virtual VAST 2004 VAST 2005 VAST 2006 VAST 2007 VAST 2008 VAST 2009 VAST 2010 VAST 2011 VAST 2012 VAA01 ISUVR SVR 11 SVR 12 SVR 13 SVR 9 SVR 4 SVR 5 SVR 6 SVR 7 SVR 8 SVR 1 SVR 2 SVR 3 SVR 14 SVR 10 IPT ‐ EGVE IPT ‐ EGVE IPT ‐ EGVE IPT ‐ EGVE IPT ‐ EGVE IPT ‐ EGVE IPT ‐ EGVE VRCAI VRCAI VRCAI VRCAI VRCAI VRCAI VRCAI VRIPHYS VRIPHYS VRIPHYS VRIPHYS VRIPHYS VRIPHYS VRIPHYS VRIPHYS VRIPHYS VRIPHYS VRST 1 VRST 15 VRST 2 VRST 3 VRST 4 VRST 5 VRST 6 VRST 7 VRST 8 VRST 9 VRST 10 VRST 11 VRST 12 VRST 13 VRST 14 VRST 16 VRST 17 WINVR WINVR CMCVR CMCVR CMCVR 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2001 2012 2009 2010 2011 2007 2001 2002 2003 2004 2006 1997 1999 2000 2012 2008 2007 2005 2004 2003 2008 2002 2006 2002 2003 2008 2009 2010 2011 2012 2004 2005 2006 2007 2007 2008 2009 2010 2011 2012 1994 2008 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2009 2010 2011 2010 2009 2010 2011 Bruselas Pisa Chipre Brighton Braga Malta París Toscana Brighton Dublín Daejoen Porto Alegre Natal Uberlandia Petrópolis Florianópoli Fortaleza Ribeirão São Paulo Belém São Carlos Marília Gramado Niterói, Río João Pessoa Weimar Aalborg Grenoble Zurich Eindhoven Barcelona Lisboa Hong Kong Singapur Yokohama COEX, Soul Hong Kong Colima Pisa Madrid Dublín Dublin Grenoble Karlsruhe Copenhagen Lyon Darmstadt Burdeos Chiba Hong Kong Lausanne Taipe Londres Seúl Alberta Shatin Osaka Hong Kong Monterrey Limassol California Kyoto Hong Kong Milan Iowa Luisiana Massachuse Italia Reino Portugal Francia Italia Reino Unido Irlanda Corea del Brasil Brasil Brasil Brasil Brasil Brasil Brasil Brasil Brasil Brasil Brasil Brasil Brasil Brasil Alemania Dinamarca Francia Suiza Holanda España Portugal China China Singapur Japón Corea del China Singapur México Italia España Irlanda Irlanda Francia Alemania Dinamarca Francia Alemania Singapur Francia Japón China Suiza Taiwán Reino Unido Corea del Canadá Hong Kong Japón China EE.UU. Chipre EE.UU. Japón China Italia EE.UU. EE.UU. EE.UU. 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