Cap3

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Fig. 3.1 - Inmersión virtual.

Los sistemas de Realidad Virtual se hanpopularizado por los cascos y guantes, queotorgan la sensación de estar “dentro” de losmodelos computacionales, y permiten

HARDWARE:técnicas para entrar al mundo virtual…

interactuar con éstos. Los dispositivos deRealidad Virtual se basan en diversas técni-cas, pero en general, implican una mayor re-lación entre el usuario y los ambientesdigitales.

La computación ha superado el tecleo dedatos, desarrollando pantallas gráficas ymasificando el uso del mouse, que otorgan unmanejo amigable de los sistemas informáticos.Luego, el diseño digital ha permitido crearmodelos con una apariencia visual muy rea-lista. Pero el concepto de “Realidad Virtual”se aplica propiamente cuando se alcanza unavinculación integral con el ambiente electró-nico, utilizando varios sentidos, además de lapresentación gráfica. Obteniendo una sensa-ción de “presencia” o “inmersión” en el espa-cio digital, para lo cual se requieren algunastécnicas y dispositivos especializados en lainteracción tridimensional.

Rodrigo García Alvarado

HARDWARE: técnicas para entrar al mundo virtual...

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3.1. VISUALIZACIONINTERACTIVA

En los modelos computacionales se pue-den definir movimientos de objetos o puntosde vista (cámaras), produciendo la animaciónde un recorrido por el ambiente digital, perose reconoce propiamente una simulación vir-tual cuando se establece un control interactivodel desplazamiento. Es decir, que se pueda de-cidir en el momento la dirección del movi-miento y recorrer el modelo libremente. Estoimplica un cambio sustantivo para el usua-rio, que pasa de ser un “espectador” de la ima-gen o situación computacional, que está pre-viamente determinada (como una película),a convertirse en un “participante” del mun-do digital y modificar la experiencia. Sin em-bargo esto involucra también una fuerte exi-gencia a los equipos informáticos.

Los recorridos computacionales se gene-ran con el mismo “truco” que se utiliza en elcine y la TV, una secuencia de imágenes quese despliegan rápidamente otorgando la ilu-sión de movimiento. Esta técnica aprovechala persistencia del ojo humano, que necesitaaprox. 1/30 de segundo para percibir comple-tamente la imagen visual (debido a la satura-ción electroquímica de la retina y la memoriavisual), y por lo tanto mantiene brevementela información percibida. De este modo, losmovimientos se reconocen por las diferenciasde los objetos entre una imagen y la siguien-te. Así, una secuencia de imágenes similares,presentadas rápidamente (30 veces por segun-do), serán interpretadas por el ojo humanocomo un movimiento fluido. El cine y la TVlo aplican presentando una serie defotogramas fijos. En el televisor esto se perci-be en la barra negra que aparece al fotogra-fiar el monitor a alta velocidad y que corres-ponde al cambio de imagen. Las cintas del cinemuestran unas 60 fotografías por segundo deproyección, para una mejor calidad visual. Enlos dibujos animados y las animacionescomputacionales se deben producir cada una

de las imágenes, por lo que usualmente se re-duce la velocidad a 10 ó 15 imágenes por se-gundo, presentando “saltos” en las secuencias(flicker). Los sistemas informáticos facilitan lageneración de animaciones en modelostridimensionales, definiendo posiciones ini-ciales y finales, para que el computador pro-duzca automáticamente las vistas intermediasrequeridas.

Fig. 3.2 - Producción de una Animación 3D.

La producción de la imagencomputacional (“render” del modelo),involucra un cálculo geométrico de la pers-pectiva adecuada y de la representación, se-gún los diversos métodos gráficos. Este pro-ceso ha logrado realizarse cada vez más rápi-do en los últimos equipos computacionales,pero el incremento del volumen y detalle delmodelo, así como apariencias más realistas(fuentes de iluminación, transparencias, refle-jos, texturas de materiales) demoran progre-sivamente el cálculo digital. Alcanzando va-rios segundos o inclusive minutos por ima-gen si se maneja un modelo sofisticado. Comocada trozo de animación involucra una grancantidad de imágenes (aprox. 1.000 por mi-nuto de presentación), producir un recorridode varios minutos por el modelo puede signi-ficar días de procesamiento en el computador.


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En un modelo de “Realidad Virtual” el cálcu-lo y presentación de la imagen debe realizar-se en el instante para tener un recorridointeractivo. Es decir, para que el usuario pue-da desplazarse libremente, se debe estar pro-duciendo instantáneamente la animacióntridimensional. Para lo cual se dispone enton-ces de una mínima fracción de segundo paragenerar las imágenes y calcular nuevas posi-ciones del punto de vista. Permitiendo deci-dir en el momento la velocidad y direccióndel recorrido computacional, tal como en unambiente real. Esto es lo que se conoce comovisualización interactiva o navegación en“tiempo real”, e implica un relación entre lacapacidad del computador, la geometría delmodelo y su presentación realista.

En un PC aceptable (300 Mhz, 32 Mb. deRAM) con pantallas gráficas (1280x1024 pixelscon miles de colores), se alcanza una navega-ción fluida de modelos hasta unos 5.000polígonos con colores planos y algunas tex-turas. Se puede mejorar el rendimiento delequipo con tarjetas de video, pero igualmen-te el mayor detalle o presentación del modeloreduce la velocidad de la animación y pre-senta un recorrido a saltos.

Una estación de trabajo gráfica (SiliconGraphics o similar) permite recorrer en tiem-po real ambientes más complejos, peroinvolucra a la vez una mayor escala de pre-cios y aplicaciones. Por ejemplo, en el Labo-ratorio de Realidad Virtual de la NASA, enHouston, Texas, utilizan un supercomputadorque puede representar interactivamente másde un millón de polígonos, en un sistema decueva con 4 pantallas gigantes. Esta podero-sa instalación se justifica porque está destina-da para simular la futura estación espacial,desarrollada en un esfuerzo entre varios paí-ses. También existen equipos especiales degeneración de imágenes en tiempo-real (IG:Image-Generator), así como plataformas de jue-

gos de video (Play-Station) que pueden repre-sentar una gran cantidad de polígonos entiempo real, pero con altos precios y/o apli-caciones muy definidas.

Por este motivo, en PC los modelosvirtuales suelen parecer acartonados por lasimplificación gráfica que se requiere para unanavegación fluida. En equipos económicos ac-tualmente se presenta la disyuntiva entre dosposibilidades, se desarrolla un modelo de altorealismo visual para imágenes y animacio-nes preparadas, o se tiene navegacióninteractiva en un modelo más simplificado.

Fig. 3.3 - Mundo virtual.

Esta restricción es un importante “cuellode botella” para el desarrollo en Realidad Vir-tual, las expectativas de recorrer ambientesmás realistas exigen los mejores equipos. Afor-tunadamente la industria computacional haavanzado fuertemente en el aumento de lascapacidades de procesamiento, por tanto seespera que en plazos cercanos se logren ma-nejar fluidamente modelos cada vez más de-tallados.

Algunas técnicas computacionales, comoQuickTimeVR de Apple, logran una represen-tación interactiva con vistas panorámicas, a


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3.2. ESTEREOSCOPIA

Otro de los factores importantes para te-ner una sensación tridimensional es la visiónen profundidad, que permite percibir el vo-lumen de los objetos y la espacialidad del am-biente virtual. Para esto, además de la repre-sentación en perspectiva de los modelos, esrelevante incorporar la “estereoscopía” o vi-sión doble. Esto se refiere a la diferencia entrelas imágenes del ojo izquierdo y derecho, queson enviadas por el cerebro en una imagentridimensional única. En la cual los cambiosde perfil entre los objetos (llamado “mapa dedisparidad”) indican la distancia con respec-to al observador, identificando las profundi-dades relativas entre éstos. Lo cual se puedereconocer al taparse un ojo e intentar confir-mar con la mano la posición de elementoscercanos. (Difícilmente se acierta con preci-sión, porque falta la imagen del otro ojo).

Fig. 3.4 - Visión Estereoscópica

La generación de imágenes con profundi-dad fueron iniciadas el siglo pasado (porCharles Wheatstone, en 1832), tomando pos-tales turísticas o fotos pornográficas, con pa-res de vistas desfasadas, que se montaban enrudimentarios “estereoscopios”. Estos so-

partir de fotografías de ambientes reales oimágenes de modelos computacionales. Estasson montadas en un cilindro o esfera virtual,que al mostrarlas en una ventana de la panta-lla se pueden girar como si se estuviesevisualizando el entorno fotografiado. Combi-nando varias vistas panorámicas en una se-cuencia de recorridos o inclusive alrededor deobjetos, se puede lograr una cierta experien-cia de navegación inmersiva. Sin embargo nose maneja el detalle geométrico y además nose pueden programar comportamientos o con-figurar dispositivos, por lo cual constituye unatécnica atractiva de presentación gráfica, perosin mayores desarrollos virtuales.


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portes aseguraban que la distancia de los ojosdel usuario fuera similar al ángulo de diver-gencia de las fotografías tomadas, de modoque percibiera una sola imagen con profun-didad. Esta técnica se aplicó posteriormenteen la aerofotogrametría para la confección demapas geográficos y Disney lo incorporó enjuguetes infantiles (los View Master).

Fig. 3.5 - Estereoscopio.

En el computador se han utilizado estasimágenes dobles para lograr visiónestereoscópica, dividiendo la pantalla en dospartes y colocando una “capota” sobre elmonitor con un soporte para la visión fija delusuario. Es una técnica económica y fácil deimplementar, se incorpora un accesorio parala configuración de la pantalla y se define lavisualización del modelo virtual con dos pun-tos de vista ligeramente separados. Sin em-bargo presenta problemas de formato y laposición rígida del usuario impide el manejode otros dispositivos interactivos.

Otra técnica popular son las imágenes de“puntitos”, creada por el matemático húnga-ro Bela Julesz en 1971 y difundida por las pu-blicaciones “Ojo Mágico”. Esta consiste enpresentar la imagen izquierda y derecha, su-

perpuestas en pequeños fragmentos de colo-res, así el observador, forzando la visión, en-focada unos 40 cm. detrás de la figura, lograpercibir en cada ojo la imagen correspondientey reconstruir mentalmente la vista en profun-didad. El efecto visual es sorprendente y sedistribuye un software (Stare-Eo) para trans-formar cualquier par de imágenes en“puntitos”, pero es cansador visualmente, unsector de la población finalmente no logra ade-cuar los ojos y no se pueden controlar los co-lores de manera realista. Tampoco se conocenaplicaciones de esta técnica en movimiento ointeractivas.

Fig. 3.6 - Imagen esteresocópica de “puntitos”

Otro sistema estereoscópico conocido sonlas imágenes dobles con distintos tintes decolor, denominados “anaglifos”. La vista iz-quierda y derecha se presentan sobrepuestas,cargadas al verde o rojo distintamente (u otropar de tonos). Al observarlas con lentes en quepara cada ojo se coloca un cristal o plásticodel color complementario, anula la vista in-versa y reconoce exclusivamente la imagendel lado correspondiente. Logrando una bue-na percepción tridimensional en vistasmonocromáticas, pero, naturalmente, se de-teriora al aplicarla en imágenes coloreadas.


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Como es una técnica barata y fácil de generaren los medios visuales (con dos cámaras si-multáneas), se ha utilizado ocasionalmente enel cine y en programas de televisión. En estoseventos se les distribuye a los auditores gafasde cartón, pero no han tenido mucho éxito yaque el efecto de profundidad se diluye por lasimágenes coloreadas, que además permitenla visualización de espectadores sin lentes. Ac-tualmente se están utilizando gafas “pola-rizadas”, en que los cristales poseen peque-ñas ranuras bifocales para discriminar las imá-genes de distinto color, pero requieren un con-trol más estricto, elementos un poco más ca-ros y se aplica adecuadamente sólo en vistaso elemento monocromáticos.

Fig. 3.7 - Anaglifos.

Una técnica que se ha consolidado en ins-talaciones industriales son los lentes deobturación (shutter glasses), que consisten engafas con cristal líquido que electrónicamenteoscurecen cada ojo, coordinados con el barri-do de la imagen del monitor (a una velocidadsobre los 60 fps, por lo que el oscurecimientono se percibe), con un secuenciador de la señalentre la pantalla y el computador. De este modose presenta consecutivamente la imagen iz-

quierda y derecha, y las gafas permiten la vi-sión respectiva obteniendo la visión en profun-didad. Los dispositivos desarrollados con estatécnica (como las Crystal Eyes de StereographicsCorp.) han demostrado ser muy efectivos, peroimplican un mayor costo que los sistemas an-teriores. Además, al igual que estas técnicas,están limitadas a pantallas fijas, por lo que latridimensionalidad se percibe dentro del mar-co del monitor. Al intentar tocar los objetostridimensionales la mano choca sorpresiva-mente con el vidrio de la pantalla, pero el efec-to se reduce al percibir ambientes mayores.Fuera del monitor, la visión del entorno a tra-vés de las gafas presenta un ligero ensombre-cimiento.

Fig. 3.8 - Crystal Eyes.

El sistema más completo para percibirmundos virtuales en profundidad son los cas-cos o pantallas montadas en la cabeza (HMD:head-mounted displays). Dos pequeñosmonitores transmiten directamente la imagenizquierda y derecha a cada ojo, y el usuario sepuede mover manteniendo las pantallas frentea los ojos. Varios dispositivos además ocultanla visión del entorno real por los lados de lasgafas (oclusión), por tanto el usuario


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tiene una sensación más fuerte de inmersiónen el modelo computacional. Sin embargoeste mismo aspecto es el que produce cansan-cio ocular y mareos, por lo que algunos cas-cos (denominados “semi-inmersivos”) hanoptado por conservar una visión parcial delambiente real, para orientar al observador. Laspantallas actualmente alcanzan una resolu-ción y proporción similar a los monitores decomputador, pero en dimensiones reducidas(aprox. 2”) y colocadas a pocos centímetrosde los ojos. Pueden ser de tubos o cristal lí-quido, pero se prefiere esta última tecnolo-gía para reducir el peso y el cansancioinvolucrados. Los últimos cascos han logra-do reducir la instalación a un cintillo, por loque se conocen como “light-HMD”.

También los dispositivos recientes proyec-tan las imágenes con espejos desde la partesuperior, con lo cual se puede retirar o difu-minar la cubierta frontal y tener una visióncompleta de la situación real con la imagenvirtual sobrepuesta (denominado see-through:ver a través). Esto ha apoyado todo un cam-po de desarrollo en RV denominado “reali-dad aumentada” con aplicaciones en proce-sos industriales y aeronáutica (por ejemplo,sobreponer mapas sobre el paisaje natural),de hecho ha derivado hacia una técnica de im-presión directa de la imagen virtual con láseren la córnea del ojo, que ya ha generado algu-nos productos especializados para pilotos decombate.

La mayor limitación de los cascos es elcampo de visión (FOV: field-of-view), debidoa que normalmente es más reducido (aprox.40º) que la vista normal (que alcanza 120-180ºcon la visión periférica), de este modo la per-cepción con el casco es como andar conanteojeras. Esto ha generado una fuerte di-ferenciación entre los dispositivos que alcan-zan mayores campos de vista (con costos másaltos) y, a la vez, un debate técnico sobre laforma de determinar la medida del campode visión, ya que también depende de la dis-tancia y resolución de las pantallas, de he-cho técnicamente se utiliza la medida de “re-solución angular” para comparar los cascos.En algunos cascos se puede controlar la dis-tancia interpupilar, para adecuar la diferen-cia entre las pantallas y los ojos, de acuerdocon cada usuario.

Fig. 3.9 - VFX-1 Forte

Fig. 3.10 - Sony Glastron.


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3.3. RASTREO DEMOVIMIENTOS

Para lograr una sensación integral de inmer-sión en el mundo virtual es importante tenerun relación directa entre el movimiento delcuerpo y la acción en el ambientecomputacional, lo que se denomina “parale-lismo cinético” (motion-parallax). Esto se utili-za para controlar la visión del entorno digital,el desplazamiento del punto de vista o inclusola localización y movimiento de distintos ins-trumentos o partes del cuerpo representadoscomputacionalmente. Se ha reconocido queesta capacidad es fundamental para tener unsentido de presencia en el ambiente virtual yvivenciar éste como una realidad paralela.Como estos dispositivos no son muy visibles,se afirma que constituyen el “costo oculto” delos sistemas de Realidad Virtual.

El reconocimiento de movimientos delusuario se logra con rastreadores (trackers) em-plazados en algunas partes del cuerpo, loscuales pueden utilizar distintos sistemas (me-cánicos, ópticos, ultrasónicos o magnéticos).Los rastreadores deben identificar en tiempo-real una posición tridimensional (en ejescartesianos X,Y,Z) y una orientación (giros enX,Y,Z), lo que se conoce como “seis grados delibertad” (6DOF: six-degrees-of-freedom).

Los más sencillos son giroscopios que seinstalan en la parte posterior de los cascos parareconocer los giros de la cabeza y adecuar laimagen de las pantallas según la rotación na-tural de la vista, otorgando la sensación deestar rodeado por el modelo digital. Esto com-pensa los estrechos campos de vista de loscascos, con una visión periférica sensible almovimiento del cuerpo y complementan lanavegación, por lo que son rastreadores “re-lativos” a la localización en el mundo virtual.

Los rastreadores, que identifican la posi-ción tridimensional absoluta, requieren unareferencia fija y tienen un alcance definido deacuerdo con la magnitud del dispositivo. Deeste modo poseen un espacio determinado de

interacción entre el ambiente físico y el mo-delo virtual, por lo que pueden controlar re-corridos limitados, utilizándose paravisualizar elementos menores o manipularobjetos. En entornos mayores se complemen-tan con un dispositivo independiente para eldesplazamiento.

Los sistemas mecánicos consisten en bra-zos, que poseen un pivote fijo y distintos seg-mentos articulados hasta afianzarse al cuer-po, se suelen aplicar fundamentalmente parasostener visores o cascos como periscopiosvirtuales (conocidos como BOOM).

Los dispositivos ópticos son pequeñas cá-maras, como las que poseen los scanners, quereconocen el retorno de un pequeño haz lu-minoso en un rango general (claro-oscuro). Deeste modo se utilizan varias cámaras para dis-criminar el perfil del cuerpo o incluso peque-ñas marcas en la piel. El rango de aplicaciónes estrecho, se ha utilizado en instalacionesartísticas para controlar algunos movimien-tos libres (como mover los brazos), o en la re-producción computacional de figuras anima-das, pintando actores con diversas señales enel cuerpo.

Los rastreadores sonoros son los más flexi-bles y utilizan señales de ultrasonido con emi-sores fijos y receptores instalados en el dispo-


Fig. 3.11 - Rastreador Intersense (giroscopio)

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sitivo corporal y por triangulación geométricadeterminan la posición y los giros. Estos dis-positivos utilizan alta frecuencias de transmi-sión al computador. Cuando se usan variosrastreadores para distintas posiciones (enáreas grandes), diferentes dispositivos (guan-tes, cascos) o distintos usuarios, suelen pre-sentar acoplamiento de señales. También haydistorsiones con los elementos metálicos, queson frecuentes en los sistemas computa-cionales, por lo cual se prefiere realizar lasinstalaciones virtuales con soportes de made-ra. De hecho la calibración presenta un rangode inexactitud, que constituye uno de los prin-cipales desafíos científicos. Otro problema esel ocultamiento de señales por gestos corpo-rales (como doblar la mano o el torso), lo quegenera zonas muertas que interrumpen el ras-treo. También se presenta un problema impor-tante con la demora (lag) entre la recepciónde la posición y actualización de la imagencomputacional, generalmente se va produ-ciendo cierto retardo que genera problemasde coordinación.

Fig. 3.12 - Rastreador Logitech (ultrasónico).


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3.4. SONIDO VIRTUAL

Una de las mayores expectativas de la Rea-lidad Virtual es una representación múltiple dela percepción humana, esto es, involucrandotodos los sentidos. Sin embargo, el desarrollose ha concentrado mayormente en capacida-des visuales y cinestéticas. Aunque hayexperimentaciones en lo táctil (como retroali-mentación por fuerza con joystick con moto-res), así como investigaciones con dispositivosgustativos y olores, aún no constituyen tecno-logías muy utilizadas. Sólo la reproducción delsonido se ha integrado adecuadamente, basán-dose en la tecnología multimedia de los com-putadores actuales.

En la mayoría de los sistemas virtuales sepueden incorporar sonidos, internos o exter-nos, en tiempo-real y establecer una posicióncomo fuente para controlar el volumen segúnla distancia del usuario, lo que se conoce como“sonido volumétrico”. Sin embargo el recono-cimiento de obstáculos físicos o reverberanciade materiales aún está en desarrollo. En todocaso la mayoría de los cascos contemplaaudífonos de distinto tamaño (más o menos“oclusivos”) que se pueden conectar a la tarje-ta de sonido del PC y, adecuadamente confi-gurado el mundo virtual, tener una percepciónsonora tridimensionalmente coherente en elambiente computacional.

Fig. 3.13 - Audífonos del VFX-1 Forte.

3.5. DESPLAZAMIENTOTRIDIMENSIONAL

Los dispositivos de salida de datos delmundo virtual (out put) se complementan consistemas de entrada de datos (input), que per-miten desarrollar una actividad en el entornodigital. La acción más básica es el desplaza-miento del punto de vista, estableciendo unrecorrido por el modelo computacional, conmovimientos en los seis grados de libertad (lostres ejes y giros correspondientes).

Para definir el desplazamiento 3D, lo mássencillo es utilizar el mouse, de que disponela mayoría de los computadores personales(también se puede utilizar el teclado, pero nose puede ver adecuadamente al utilizar cas-co). El mouse, aunque es un apuntador bi-di-mensional, permite configurar movimientosadicionales con los botones. Lo más frecuentees establecer el movimiento principal delmouse para la traslación adelante-atrás y elgiro derecha-izquierda (a partir del centro dela pantalla o un punto determinado), ya queéstos son los movimientos naturales del reco-rrido peatonal. Luego, oprimiendo algún bo-tón (izquierdo, central o derecho) se configu-ran traslaciones en los ejes laterales, levantaro rotar la visión. Esto también se controla enalgunos “browser” con iconos al borde de lapantalla. Normalmente se omiten giros late-rales porque produce un desequilibrio natu-ral del cuerpo y genera mareos. La limitacióndel mouse es que debe desplazarse en un pla-no fijo, por tanto dificulta un movimiento li-bre del cuerpo y el uso de otros dispositivospara la actividad virtual. Sin embargo, el man-tener una referencia física también es reco-mendable para un trabajo prolongado.


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Fig. 3.14 - Configuración de movimientos 3D con el mouse.

Los joystick se pueden configurar para eldesplazamiento en el ambiente virtual de unamanera similar, utilizando también los boto-nes o disparadores incorporados. La ventajaes que el movimiento principal (adelante-atrásy derecha-izquierda), con la varilla es más in-tuitivo y sensible, además se puede sostenercon la otra mano o adosar en un lugar fijo,liberando más la acción corporal. Estos dis-positivos simples también se pueden configu-rar para visualizar objetos, moviéndose entorno a éstos, es decir, en vez de lastraslaciones en los ejes, privilegiar los giros.

Fig. 3.15 - Apuntador Manual (Cyber Puck).

Algunos dispositivos manuales, como elSpaceMouse, SpaceBall de Microsoft, o Joystick3D poseen el control inmediato de los seis gra-dos de libertad, a través de un elemento que“flota” en todos los sentidos, con gran sensi-bilidad, a la mínima presión. Exigen un acos-tumbramiento del usuario y también otorganuna libertad de movimiento que tiende a des-orientar. Siempre es recomendable restringirel desplazamiento o actuación al tipo de acti-vidades por realizar para no distraerse exce-sivamente.

Fig. 3.16 - SpaceMouse.

Girar Izquierda Avanzar

Girar DerechaRetroceder

SIN BOTON

Mover Izquierda Subir

Mover DerechaBajar

BOTON IZQUIERDO

Inclinar Izquierda levantar

Inclinar DerechaBajar

BOTON DERECHO


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3.6. MANIPULACIONDE OBJETOS

Una relación más completa del usuario conel ambiente virtual exige dispositivos mássofisticados, en los cuales se controle más deun elemento y sus opciones asociadas. Nor-malmente, éstas se refieren a instrumentos(bastones, manubrios, máquinas o herramien-tas) o a partes corporales (manos, piernas).

Para los instrumentos virtuales normalmen-te se reproducen los elementos físicos asocia-dos y se complementa con una modelacióncomputacional del instrumento. El elemento fí-sico y su representación virtual (avatar) se es-tablecen como las referencias fijas en el medioreal y computacional. Por ejemplo, en una ins-talación de manejo virtual la operación se lo-caliza exclusivamente en el instrumental, elusuario y el vehículo virtual se desplazan con-juntamente en el ambiente computacional. Enalgunos casos, partes del instrumental se mue-ven indistintamente y controlan acciones dife-renciadas (como los bastones y las tablas en un“esquí virtual”), pero deben mantener una co-nexión física en la instalación y una relacióngeométrica determinada en la representacióndigital. De hecho, el usuario puede utilizar unavisualización inmersiva con rastreo de orien-tación, pero el control se realiza en el instru-mental asociado al punto de vista virtual.

Fig. 3.17 - Volante.

Instalaciones más complejas involucran eluso de instrumentos separados o una movili-dad disociada del usuario. En estos casos serequiere discriminar la posición del usuariocon el elemento, utilizando rastreadores o re-ferencias mecánicas variables. En cada ele-mento se deben reconocer ciertas articulacio-nes u operadores específicos, con sensoreselectrónicos. Además de regular y enviar laseñal al sistema computacional central, incor-porar los datos en tiempo-real al software yactualizar la geometría de los elementos o lasacciones en un proceso interactivo. Estas ins-talaciones no son exigentes en procesamientocomputacional, pero la adecuada configura-ción física y electrónica, modelación y opera-ción computacional es compleja.

Uno de los dispositivos más publicitadosen este sentido son los “guantes”, sin embar-go han presentado un escaso desarrollo y apli-cación por su sofisticación. Aunque la movi-lidad de la mano permite una gran versatili-dad de acciones, la mayor parte ha sido posi-ble representarla con controles específicos(como el mouse y los botones). Estos disposi-tivos utilizan básicamente dos técnicas, los“exo-esqueletos” y los “guantes de datos”.

Los exo-esqueletos, que se aplican tambiénpara dedos individuales, piernas o para el ma-nejo de pequeños instrumentos manuales enmedicina virtual, consisten en la instalación deuna estructura mecánica paralela y sobrepuestaa la mano (adherida a distancia en distintos tra-mos). Con rotores en cada articulación, lossensores correspondientes y el cableado, con-formando una compleja instalación normal-mente fija. La ventaja de este sistema es su pre-cisión, por lo cual se presta para aplicacionesdelicadas, pero su defecto es la sofisticación ynecesidad de regularla cuidadosamente concada usuario. Algunos dispositivos utilizanguantes rígidos, con un mínimo de articulacio-nes y controles asociados, pero presentan unacampo limitado de utilización.


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El otro sistema son los “guantes de datos”(como el DataGlove), compuestos de lycra concables de fibra de vidrio por cada dedo. Cadafibra posee un emisor de luz al inicio y unsensor al final, de modo que se determinanlos giros por la intensidad de luz recibida.Posee bastante flexibilidad y portabilidad,pero la identificación de la posición debe rea-lizarse con un rastreador adicional.

Fig. 3.18 - DataGlove.

También se ha planteado la confección detrajes completos con esta técnica (como apa-recen en la película “El Hombre del Jardín”)pero no han superado la fase experimental porla complejidad que involucran. Cuando serequiere reproducir distintas partes del cuer-po es más sencillo colocar rastreadores en lasextremidades e identificar sus rotaciones re-lativas (ya que la dimensión del cuerpo semantiene estable), con una representacióncompleta del usuario.

3.7. INSTALACIONES

Estos dispositivos de Realidad Virtual sepueden montar en distintos tipos de instala-ciones, de acuerdo con el nivel del equipamien-to y con la aplicación realizada. Como se men-ciona en el capítulo uno (1.4), se distingueninstalaciones de escritorio, proyecciones desegunda persona, cámaras de tele-presencia,inmersión con cascos, cabinas o cuevas.

Las instalaciones de sobremesa o escrito-rio (desktop-VR) son las que involucran sola-mente un computador con sus dispositivoscorrientes (monitor y mouse). Se utiliza unsoftware tridimensional con visualizacióninteractiva y se puede configurar el mousepara el desplazamiento con seis grados de li-bertad. Aunque algunos autores consideraneste sistema muy simple para percibir una rea-lidad paralela, es la instalación más frecuentey cómoda para el trabajo computacional. Na-turalmente es preferible monitores de mayortamaño que el normal y ocasionalmente se in-corporan algunos apuntadores tridimensionaleso dispositivos de visualización estereoscópica(como Crystal Eyes con rastreador Logitech). Aestos casos se les denomina sistemas “acua-rio” o “ventana en el mundo” (WoW:window-over the-world), por su capacidad de atisbartridimensionalmente un mundo virtual.

Fig. 3.19 - Ventana en el mundo.


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Otro sistema RV importante son las insta-laciones proyectivas, comenzando por la uti-lización de proyectores simples de monitor(“cañones”). El efecto visual se amplía y la uti-lización de rastreadores absolutos se facilita,además se pueden compartir y trabajar engrupos (lo que es relevante en el financiamien-to de aplicaciones educacionales o de entrete-nimiento, que no se justifican individualmen-te). Frecuentemente se complementan congafas estereoscópicas o con la filmación de losusuarios, cuya imagen aparece insertada enel ambiente virtual (como las escenografías deTV) Estas implementaciones son conocidascomo Realidad Virtual en segunda persona.

Se pueden adicionar varias pantallas enhorizontal con dos o tres proyectores, estric-tamente coordinados en un margen de super-posición horizontal. Estas instalaciones sondenominadas “teatros virtuales” y ganan unasignificativa amplitud del campo de vista ypermiten un efecto de inmersión en el ambien-te virtual para grupos de personas (normal-mente uno asume el control de la navegación).El manejo interactivo de varias pantallas debuena resolución obliga a utilizar estacionesde trabajo gráficas. Un sistema muy efectivoha sido implementado por la empresa MUSE,que provee una instalación de tres pantallascon un centro de control.

Fig. 3.20 - Sistema de Pantallas triples.

Para lograr un completo sentido de inmer-sión se pueden complementar varios proyec-tores en domos o semi-esferas (similares al cinepanorámico o I-Max), pero la instalación massofisticada es la “cueva” (CAVE: computer-aumented-virtual environment) iniciado en laUniversidad de Illinois por la investigadora ve-nezolana Carolina Cruz-Neira. Este sistemainvolucra proyectores en la parte posterior dea lo menos tres grandes pantallas que confor-man un cubo de aprox. 2x2x2 mts. en que sesitúan uno o más personas. También se incor-poran un proyector y pantalla su-

Fig. 3.21 - CAVE.


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perior y recientemente, un proyector desde elpiso (a través de un vidrio de alta resisten-cia). Una de las mejores instalaciones es laCAVE del Instituto de Computación Gráficade Darmstadt, Alemania, que posee 5 ladosproyectados (tres muros, techo y piso). Estoimplica una gran cantidad de espacio físico,de hecho algunos proyectores deben utilizar-se con espejos. También es muy importantecontrolar la coordinación y brillo de las imá-genes en las esquinas, para difuminarla y nopercibir el cubo real sino un entorno continuo.Usualmente se complementan conrastreadores absolutos (debido al rango deacción determinada) para dispositivos de na-vegación o manipulación, además de gafasestereoscópicas para los usuarios. Natural-mente se deben controlar con poderosas esta-ciones gráficas (procesadores en paralelo) ymonitores adicionales. Esta instalación otor-ga un alto sentido de inmersión y permiteun trabajo grupal sin cansancio, pero su ma-yor dificultad es el alto costo involucrado.

También se suelen implementar cabinas, enlas cuales se montan varias pantallas coordi-nadas en una estructura, generalmente repre-sentando un determinado vehículo (como unacabina de avión para entrenamiento de pilo-tos). La ventaja de estas instalaciones es que sepuede agregar y manejar diverso instrumen-tal e incluso reproducir movimientos comple-tos de la cabina con pistones neumáticos en labase, generando un efecto dinámico realista.Sin embargo, requieren de un relevanteequipamiento (según la cantidad de pantallas,instrumentos y complejidad del ambiente vir-tual) y se justifican en usos muy específicos.

En este campo podemos clasificar distintas ins-talaciones de video-juegos o experimentalescon sillas, bases, camastros o huinchasandantes.

Para obtener una inmersión personal seutilizan las instalaciones de casco que requie-ren un buen computador de soporte (y usual-mente un monitor adicional para compartir ocontrolar el recorrido por el mundo virtual),además de algún dispositivo de navegación3D, generalmente joystick o mouse. Aunquepopularmente se les vincula con los guantes,escasamente se utilizan juntos por las dificul-tades de configuración y rara vez se justifi-can en una misma aplicación (exigen equiposmás poderosos). Como los cascos ocultan to-tal o parcialmente la vista del entorno y pro-ducen mareos ocasionales, es recomendableutilizarlos sentados o dentro de armazonesfijas, especialmente si se complementan conotros dispositivos, de modo que se puedanpreparar adecuadamente las conexiones paradistintos usuarios.

Cualquiera de estos sistemas puede estarcontrolando o recibiendo información de unambiente remoto, tal como desde una cáma-ra sobre una base movil. Estas instalacionesson conocidas como “Sistemas de Tele-pre-sencia”, porque otorgan la sensación y ca-pacidad de estar en un entorno lejano, ma-nejando maquinarias o visualizando diver-sas condiciones ambientales. Finalmente,podemos considerar que el equipamientopara relacionar el usuario y los ambientesvirtuales esta aún en desarrollo y probable-mente se diversificará en distintos niveles otipos de aplicación.


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Business

Cap3