EL MACANCHE

Realidad Virtual

No existe una definición “oficial” de lo que es la realidad virtual. Como resultado, el término RV ha sido aplicado a cualquier desarrollo tecnológico que vaya desde juegos de computadora hasta películas tridimen-sionales, por lo que mucha gente no conoce lo que es verdaderamente la RV. Una buena definición, que sirva para distinguir el mito de la realidad puede ser la siguiente (según Roehl, 1996):

“La Realidad Virtual es una simulación de un ambiente tridimensional generada por computadoras, en el que el usuario es capaz tanto de ver como de manipular los contenidos de ese ambiente”.

Los elementos clave de esta definición son los siguientes: la RV es una simulación generada en computadoras; es tridimensional (3D) y finalmente es interactiva.

En otras palabras, una realidad virtual, también llamada un ambiente virtual, es una simulación tridimensional en computadoras que proporciona información sensorial (visión, sonido y/o otros), con el propósito de hacer que el participante sienta que está en un “cierto lugar”. Se puede experimentar un ambiente virtual usando una computadora personal típica y unos pocos dispositivos de hardware especializados: una tarjeta gráfica 3D, una tarjeta de sonido 3D, un display montado en un casco, un guante sensitivo, un localizador - seguidor 6D, etc. También se necesita el soporte de software diseñado especialmente para manipular los datos del ambiente virtual. Desde el punto de vista técnico, la RV es un modo de visualizar, manipular e interactuar con computadoras y datos extremadamente complejos.

Con el propósito de alcanzar una sensación de realidad creíble, las computadoras deben ser capaces de calcular y visualizar la información sensorial lo suficientemente rápido para engañar a los sentidos del participante. Hasta no hace mucho tiempo, tanto el hardware como el software adecuado para esta tarea eran tan caros, que sólo los gobiernos, unas pocas universidades y las grandes corporaciones podían destinar fondos para invertir en esta tecnología. Sin embargo, en la actualidad el precio de las computadoras rápidas se ha visto reducido, y los periféricos especiales se han visto simplificados hasta el punto de que muchas personas tienen la posibilidad de explorar el mundo de la RV en sus sistemas personales.

Se reconocen dos variantes de interacción con los ambientes virtuales: el modo inmersivo, cuando el participante “se sumerge” completamente en la simulación haciendo uso de los dispositivos de hardware especializados, y el modo no inmersivo (llamado también RV de computadora de mesa), cuando el participante explora los ambientes haciendo uso de los dispositivos de hardware comunes hoy en dia: display, mouse, tarjeta de sonido y bocinas, etc. Los “puristas” de la RV no consideran esta última como una variante válida, bajo el argumento de que en la medida que los sentidos de los participantes esten siendo distraídos por eventos ajenos a la simulación de la computadora, sus cerebros perciben inconscientemente que el ambiente virtual visitado no constituye una realidad.

Para una inmersión total se requieren cuatro condiciones indispensables asociadas al equipamiento:

1. Display de campo visual total, que se consigue usualmente mediante un display montado en el casco (HMD).

2. Seguimiento de las ubicaciones y las posiciones de los cuerpos de los participantes.

3. Seguimiento de los movimientos y acciones de los participantes por parte de la computadora.

4. Retardo de tiempo despreciable en la actualización del display con la retroalimentación de los movimientos de los cuerpos y las acciones de los participantes.

Considerando la concepción ampliada, la RV de computadora de mesa es un subcon-junto de la RV que no requiere las cuatro condiciones para inmersiones totales mencionadas anteriormente. Esta modalidad es muy popular porque puede ser explotada a un costo adicional muy bajo respecto al costo de una computadora personal con capacidades gráficas y multimedia. De manera que mientras se espera por el abaratamiento y consiguiente disponibilidad del equipamiento para inmersiones totales, se pueden ir introduciendo alternativamente los conceptos de la RV.

Muchos confunden la RV con su pariente la multimedia, lo que no es sorprendente debido a que ambas tecnologías alcanzaron su madurez casi al mismo tiempo, ambas involucran imágenes y sonido y ambas han merecido cantidades comparables de atención en los medios masivos de comunicación. Sin embargo, las diferencias entre ambas tecnologías son importantes.

La Realidad Virtual, la Multimedia y la Televisión.

La multimedia se refiere a una información pre-elaborada, pre-programada y “enlatada”, que se presenta a través de una interfase novedosa. Por el contrario, la RV es absolutamente dinámica y cambiante. La multimedia es básicamente bidimensional, un conjunto de imágenes planas presentadas en secuencia en una pantalla. La RV es (por su propia naturaleza) tridimensional, con profundidad además de alto y ancho. En multimedia la única “interacción” a disposición del usuario es la capacidad de seleccionar una secuencia diferente para presentar la información grabada; el usuario no puede alterar lo que está allí, y no puede adicionarle nada. Por el contrario, la RV es intrínsecamente interactiva y maleable. Aún el más primitivo sistema de RV es mucho más interactivo que la más avanzada combinación de hardware y software multimedia (Roehl, 1996).

A veces se dice que la televisión ha tornado a los individuos en la sociedad moderna en meros observadores pasivos de los flujos de imágenes que pasan por la pantalla. Algunos se preguntan si la RV tendrá los mismos efectos, incrementando nuestra tendencia a ser simplemente observadores en vez de participantes. Lo cierto es que la RV produce exactamente el efecto contrario. La misma naturaleza de la RV es que constituye una experiencia participativa. El usuario de un sistema de RV tiene la libertad de explorar el ambiente e interactuar con él en una forma nueva y excitante. No hay ninguna gracia en usar la RV si todo lo que se va a hacer es vagar alrededor y mirar. La idea que subyace en la tecnología de RV es que todo participante en una experiencia de RV forme parte integrante del ambiente virtual y produzca efectos directos en él de manera activa, del mismo modo en que los producimos en el mundo real.

Relaciones entre Realidad Virtual e Internet.

Uno de los desarrollos tecnológicos que ha puesto a nuestro alcance la capacidad de explotar la tecnología de RV en su variante simplificada de computadora de mesa es la aparición de un lenguaje y un formato estandard para la transmisión de información descriptiva acerca de mundos virtuales a través de Internet, así como la disponibilidad totalmente gratuita del soporte de software que amplía la capacidad de los navegadores comunes (Microsoft Internet Explorer o Netscape Comunicator) en forma de plugins para manipular esa información.

¿Qué es VRML?

El Lenguaje de Modelaje en Realidad Virtual (VRML) es el estandard de facto para la transmisión de ambientes virtuales en Internet. VRML es para los ambientes 3D el equivalente de HTML para el formato de un documento. Con un simple archivo de texto VRML, se puede describir la apariencia y el comportamiento de un mundo virtual, y navegar por él sin restricciones.

VRML es básicamente un lenguaje, muy similar en algunos aspectos a otros lenguajes usados para la comunicación con las computadoras. Si Usted abre un archivo “.WRL” con un editor de textos como el WordPad de Windows, verá que está formado por texto ordinario, con palabras claves, paréntesis, llaves, etc.

Pero VRML es un lenguaje para describir mundos virtuales. Y en este sentido no se está hablando acerca de texto, o imágenes estáticas, ni siquiera de animaciones; se está hablando de verdaderos mundos tridimensionales “tangibles”, por los que se puede mover y que puede explorar un participante. Cuando se abre un archivo VRML con un software adecuado no se está recuperando información al estilo de cuando se abre un documento de texto en Word: ¡se está entrando en un mundo virtual ! (Roehl, 1996).

El efecto de esta perspectiva en la comunidad informática puede llegar a ser profundo. Ya han comenzado a aparecer y seguirán apareciendo los ambientes virtuales en las redes. Algunos seran realísticos, otros abstractos. Algunos serán más funcionales, otros serán más creativos. Algunos serán informativos, otros serán fantasiosos. Pero todos serán “reales” en un modo que los textos y los gráficos por si mismos no lo podrán ser nunca.

Con el paso del tiempo, los objetos en esos mundos adquirirán la capacidad de moverse y cambiar, y de responder a la interacción con los usuarios. Evantualmente, los mundos se verán poblados por múltiples participantes simultaneamente, y la Web se convertirá en un inmenso ambiente virtual interactivo de participación colectiva. Los usuarios no sólo estarán “mirando” la información; se estarán “moviendo” a su alrededor y a través de ella; la estarán tocando y manipulando.

VRML es una tecnología relativamente nueva. La versión 1 se completó en agosto de 1995, mientras la segunda versión apareció ya en 1996. Un archivo VRML actúa de un modo muy parecido a un archivo HTML, porque todo en él está descrito como texto. Sin embargo, en vez de trabajar con documentos de texto en dos dimensiones, se describen objetos en tres dimensiones.

Por supuesto, la pregunta cuya respuesta Usted debe estar esperando es ¿para qué se puede usar todo esto? VRML puede ser usado en una gran variedad de situaciones. La versión 1.0 de VRML describía escenas puramente estáticas, lo que significa que resultaba óptimo para producir galerías de arte virtuales y diseñar maquetas de edificaciones, pero carecía de todo elemento de interacción real. Con el arribo de la versión 2.0, se dispone de los medios para crear ambientes con objetos que respondan a la interacción de casi cualquier manera. Se pudiera crear un sistema virtual completo de reservación de pasajes en una aerolinea, o diseñar una fábrica virtual que controle una fábrica real desde un punto distante, o simplemete diseñar su propio mundo u hogar virtual para dar rienda suelta a su imaginación e impresionar a sus colegas.

Pero VRML es mucho más que un simple formato de archivo: es una idea, un sueño y un objetivo. Para comprender la importancia de VRML se necesita tener una visión de todo lo que se puede hacer posible una vez que la especificación madure y se disponga de hardware y software más potente (Lemay, Couch y Murdock, 1996).

Base material para el desarrollo de ambientes virtuales inmersivos: hardware y software.

Hardware.

a) Computadoras.

Una computadora personal común puede ser equipada para explorar ambientes virtuales simples. La velocidad de procesamiento de la computadora determinará la máxima complejidad del ambiente virtual que se pueda construir. Con el objetivo de mantener una ilusión de realidad digna, la información espacial enviada a los dispositivos de visualización debe ser recalculada y actualizada más de 20 veces cada segundo Para determinar cuánta complejidad se puede incluír en un ambiente virtual, se necesita describir la velocidad de la computadora en términos de RV.

La mayoría de los gráficos 3D se basa en la conformación de los objetos a partir de triángulos u otros polígonos simples. Para el cálculo de visuales, una métrica conveniente es la cantidad de polígonos que una computadora puede dibujar en un segundo. Debido a que la computadora debe dibujar dos vistas diferentes (una para cada ojo) por lo menos 20 veces cada segundo, es necesario dividir la cantidad de polígonos por segundo entre 40, para determinar la cantidad máxima de polígonos que pueden estar visibles en el mundo virtual. De manera que una computadora que puede dibujar 50,000 polígonos por segundo será capaz de soportar un ambiente virtual que contenga un máximo de

50,000 polígonos por seg.	= 1,250 polígonos visibles
2 ojos * 20 cuadros por seg.

 

Como 1,250 polígonos no es un número tan grande para construir todo un ambiente, y como la velocidad de dibujado de polígonos indicado por los fabricantes de hardware y software con frecuencia es demasiado optimista, generalmente se tienen dos caminos: construir ambientes muy simples o instalar hardware gráfico extra para auxiliar a la computadora.

En sistemas de RV más complejos pueden haber 4 o más computadoras simulando un único ambiente virtual. Habría una computadora para gestionar los comandos del programa básico, otra computadora para gestionar los gráficos y el sonido, una computadora para detectar colisiones dentro del ambiente virtual, otra computadora para seguir los individuos participantes en el ambiente, una computadora para operar los diversos dispositivos de entrada de los participantes en el ambiente virtual y computadoras adicionales paar procesar otros factores del ambiente.

b) Dispositivos para Estimulación de los Sentidos.

Uno de los objetivos básicos de un sistema de RV es estimular los sentidos con información de la “realidad” generada por la computadora, de modo similar a como se percibe el mundo real.

c) Dispositivos Visuales.

Dado que la mayoría de las personas posee dos ojos, un modo natural de ver el mundo requiere no un display, sino dos. Un modo común de producir una vista 3D de un mundo virtual es colocar un pequeño monitor de computadora frente a cada ojo. Cada monitor visualiza la perspectiva que el ojo correspondiente vería en un ambiente real. Tal sistema recibe el nombre de display binocular montado en la cabeza (HMD). Existen muchas consideraciones en materia de seguridad con los HMDs que aún deben ser resueltas, incluídas las consideraciones en torno a la seguridad de los individuos participantes.

Otras alternativas para obtener la sensación de una inmersión parcial son el uso de espejuelos para visión tridimensional o sistemas de proyección 3D, llamados CAVE, y destinados para la participación en pequeños grupos. Existen compañías que trabajan continuamente para proporcionar a los consumidores la sensación de inmersión en sus ambientes virtuales. La elección de los espejuelos para visión 3D o la proyección 3D depende de la plataforma de uso, la resolución deseada y las preferencias personales. 

d) Dispositivos Auditivos.

La mayoría de las personas también tiene dos orejas. Esta es la principal razón para la preferencia por el sonido estereofónico. Exactamente igual que dos perspectivas visuales producen una imagen 3D, dos perspectivas de audio pueden producir un paisaje sonoro 3D. Sin embargo, con bocinas estereofónicas fijas los sonidos derecho e izquierdo se mezclan, y ambos oídos reciben sonidos de ambas bocinas. Usando audífonos y presentando las perspectivas acústicas correctas a cada oido, se puede preservar una buena parte del aspecto espacial de los sonidos. Los HMDs frecuentemente traen incorporados audífonos.

e) Dispositivos Kinestésicos.

Se pueden emplear dispositivos adicionales para involucrar otros sentidos en la RV. Existen algunas compañías que ofrecen dispositivos especiales para “sentir” diversas sensaciones. Dado que no existe mucha demanda de tales equipos, como los generadores de olores o sabores, los simuladores de viento, o los asientos vibrantes o móviles, generalmente los participantes deben ser creativos e imaginarse sus propias versiones para otros sentidos que no sean la vista y el oído.

f) Tarjetas Aceleradoras Gráficas.

Se ha producido una explosión de productores de tarjetas aceleradoras gráficas 3D para computadoras personales. Esas tarjetas ofrecen actualmente prestaciones en el orden de 500 mil a 2 millones de polígonos por segundo, variando grandemente su costo desde $300 hasta $20,000. Frecuentemente el costo no corresponde necesariamente con las prestaciones. Para adquirir una tarjeta es conveniente hacer una investigación actualizada del mercado. Este campo presenta avances sistemáticos en la búsqueda de prestaciones “perfectas” para PCs. Por ejemplo, Silicon Graphics ha desarrollado “nuevas” versiones de mesa de sus estaciones de trabajo que podrían acelerar el desarrollo de ambientes de RV con equipamiento menos caro.

También hay muchos productores de tarjetas de sonido 3D. Estas tarjetas de sonido permiten producir una sensación de ubicación moderadamente buena a partir de una pequeña cantidad (1 a 4) de fuentes de sonido independientes, sin embargo, se esperan avances notables en este campo. Con la difusión de la norma VRML 2.0 en Internet, el sonido 3D se está volviendo una especie de obligación.

g) Sistemas de Localización y Seguimiento.

Los sistemas de localización y seguimiento miden posición y orientación. A partir de la posición y orientación de la cabeza del participante, la computadora puede determinar el modo de visualizar el mundo virtual de manera que asemeje que el participante se encuentra dentro de él, al contrario de lo que ocurre al ver la televisión. Cuando se da vuelta a la cabeza, el localizador - seguidor del casco percibe el cambio de posición y la computadora ajusta la visualización consecuentemente.

El localizador – seguidor del casco tiene que ser capaz de muestrear la posición y orientación del participante al menos 20 veces cada segundo. También debe haber no más de 1/20 de segundo de retardo entre el momento de la toma de la muestra y la actualización del display. En caso que el proceso sea más lento, la vista y el oído interno (donde radica el sentido del equilibrio) envían al cerebro informaciones contradictorias acerca de la dirección en que apunta la cabeza. Este fenómeno es similar al que ocurre con alguien dentro de una embarcación pequeña en medio del oleaje. En ambos casos se produce mareo.

h) Otros Dispositivos de Entrada.

Se utilizan otros dispositivos de entrada para comunicar a las computadoras que simulan el mundo virtual las intenciones y acciones del participante. Debido a que frecuentemente es difícil utilizar el teclado o el ratón mientras el participante está de pié y utilizando un casco que le cubre los ojos, se suelen utilizar otros sistemas de entrada en vez de (o mejor además de) el teclado y el ratón.

Un bastón o varita es básicamente un joystick manual que tiene incorporados una cierta cantidad de botones. Los bastones frecuentemente incluyen un localizador – seguidor que permite que se agarren y se muevan objetos en el mundo virtual. Se puede usar un bastón en RV del mismo modo que se usa un ratón en una computadora de mesa. Moviendo el bastón en el espacio se mueve consecuentemente un puntero o cursor 3D en el ambiente virtual. Se puede también agarrar, arrastrar y soltar objetos virtuales, pero en vez de moverlos sólo horizontal o verticalmente, se pueden mover también en profundidad y rotarlos alrededor de los tres ejes coordenados. Es por esta razón que los bastones que pueden mover objetos en las direcciones X, Y y Z y también hacerlos rotar alrededor de los ejes X, Y y Z a veces son llamados controladores 6D o hexadimensio-nales.

Dado que las distancias pueden ser arbitrariamente grandes en un ambiente virtual (y los localizadores – seguidores tienen un intervalo de trabajo limitado), usualmente no es práctico viajar a pié en un ambiente virtual. Algunos de los botones del bastón se usan frecuentemente para “volar”: se apunta el bastón o el casco (la cabeza) en la dirección en que se desea viajar y se oprime el botón de “volar”. En la RV no hay límite de velocidad.

Los guantes sensitivos de RV son funcionalmente parecidos al bastón, pero como dispositivos son más complejos. Consisten en un localizador – seguidor que percibe la posición y orientación de la mano, así como algunos tipos de sensores de flexión para medir la curvatura de los dedos. Los guantes tienden a ser más caros y es más difícil aprender a usarlos, en parte porque la computadora tiene que ser capaz de reconocer señales manuales más elaboradas que la simple presión sobre un botón.

Software.

a) Software para el Modelaje Tridimensional.

Dado que un ambiente virtual es un medio 3D, todos los objetos en un mundo virtual tienen que ser descritos de manera que puedan ser vistos desde cualquier ángulo. Una simple imagen del objeto no es suficiente. La verdadera geometría de los objetos tiene que especificarse usando un software de modelaje 3D, y luego exportarse hacia el ambiente virtual.

b) Software para Gráficos Bidimensionales.

Dado que existen límites en la complejidad geométrica de los objetos en un mundo virtual, frecuentemente es útil poder “pintar” la superficie de los objetos con detalles adicionales. Este proceso recibe el nombre de “mapeo de textura” y requiere de software de gráficos bidimensionales, llamados a menudo “programas para pintar”. Las imágenes creadas con este tipo de software (o fotografiadas, digitalizadas, y luego editadas con este software) pueden ser luego usadas para “forrar” la armazón geométrica producida en el software de modelaje 3D para crear objetos detallados, con interesantes efectos realísticos.

Como ejemplos de software de gráficos bidimensionales se pueden mencionar Adobe Photoshop, Adobe Illustrator, Fractal Design Painter, Corel Photo-Paint, Corel DRAW, etc.

c) Software para Edición de Sonido Digital.

El sonido es un aspecto muy importante de la RV, 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 computadora”, 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.

d) Software para Simulación.

La RV exige un elaborado software para proporcionar una experiencia impactante. El software tiene que ser capaz de procesar las señales provenientes de los localizadores y otros dispositivos de entrada para actualizar las visualizaciones por lo menos 20 veces cada segundo. Esto se puede complicar más por el hecho de que puede haber más de un participante en el ambiente virtual, más de un conjunto de dispositivos de entrada y de visualización y más de una computadora conectada en red que esten ejecutando la simulación. El software tiene que crear y mantener actualizada una base de datos que toma cuenta de todos los objetos presentes en el mundo virtual, registra continuamente en la base de datos los cambios que se van produciendo y distribuye esta información a todas las computadoras participantes en el ambiente virtual.

Como ejemplos de software de simulación de RV se pueden mencionar Sense-8, Division, Superscape, Cosmo y VRML.