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  • 38 HARDWARE: técnicas para entrar al mundo virtual... Parra Marquez, Juan Carlos; García Alvarado, Rodrigo; Santelices Malfanti, Iván quot;Introducción Práctica a la Realidad Virtualquot; © Ediciones U. Bío-Bío, Concepción, 2001 HARDWARE: técnicas para entrar al mundo virtual… Rodrigo García Alvarado interactuar con éstos. Los dispositivos de Realidad Virtual se basan en diversas técni- cas, pero en general, implican una mayor re- lación entre el usuario y los ambientes digitales. La computación ha superado el tecleo de datos, desarrollando pantallas gráficas y masificando el uso del mouse, que otorgan un manejo amigable de los sistemas informáticos. Luego, el diseño digital ha permitido crear modelos con una apariencia visual muy rea- lista. Pero el concepto de “Realidad Virtual” se aplica propiamente cuando se alcanza una vinculación integral con el ambiente electró- Fig. 3.1 - Inmersión virtual. nico, utilizando varios sentidos, además de la presentación gráfica. Obteniendo una sensa- Los sistemas de Realidad Virtual se han ción de “presencia” o “inmersión” en el espa- popularizado por los cascos y guantes, que cio digital, para lo cual se requieren algunas otorgan la sensación de estar “dentro” de los técnicas y dispositivos especializados en la modelos computacionales, y permiten interacción tridimensional.
  • HARDWARE: técnicas para entrar al mundo virtual... 39 Parra Marquez, Juan Carlos; García Alvarado, Rodrigo; Santelices Malfanti, Iván quot;Introducción Práctica a la Realidad Virtualquot; © Ediciones U. Bío-Bío, Concepción, 2001 3.1. VISUALIZACION INTERACTIVA En los modelos computacionales se pue- de las imágenes, por lo que usualmente se re- den definir movimientos de objetos o puntos duce la velocidad a 10 ó 15 imágenes por se- de vista (cámaras), produciendo la animación gundo, presentando “saltos” en las secuencias de un recorrido por el ambiente digital, pero (flicker). Los sistemas informáticos facilitan la se reconoce propiamente una simulación vir- generación de animaciones en modelos tual cuando se establece un control interactivo tridimensionales, definiendo posiciones ini- del desplazamiento. Es decir, que se pueda de- ciales y finales, para que el computador pro- cidir en el momento la dirección del movi- duzca automáticamente las vistas intermedias miento y recorrer el modelo libremente. Esto requeridas. implica 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 el cine y la TV, una secuencia de imágenes que se despliegan rápidamente otorgando la ilu- sión de movimiento. Esta técnica aprovecha la persistencia del ojo humano, que necesita Fig. 3.2 - Producción de una Animación 3D. aprox. 1/30 de segundo para percibir comple- tamente la imagen visual (debido a la satura- La producción de la imagen ción electroquímica de la retina y la memoria computacional (“render” del modelo), visual), y por lo tanto mantiene brevemente involucra un cálculo geométrico de la pers- la información percibida. De este modo, los pectiva adecuada y de la representación, se- movimientos se reconocen por las diferencias gún los diversos métodos gráficos. Este pro- de los objetos entre una imagen y la siguien- ceso ha logrado realizarse cada vez más rápi- te. Así, una secuencia de imágenes similares, do en los últimos equipos computacionales, presentadas rápidamente (30 veces por segun- pero el incremento del volumen y detalle del do), serán interpretadas por el ojo humano modelo, así como apariencias más realistas como un movimiento fluido. El cine y la TV (fuentes de iluminación, transparencias, refle- lo aplican presentando una serie de jos, texturas de materiales) demoran progre- fotogramas fijos. En el televisor esto se perci- sivamente el cálculo digital. Alcanzando va- be en la barra negra que aparece al fotogra- rios segundos o inclusive minutos por ima- fiar el monitor a alta velocidad y que corres- gen si se maneja un modelo sofisticado. Como ponde al cambio de imagen. Las cintas del cine cada trozo de animación involucra una gran muestran unas 60 fotografías por segundo de cantidad de imágenes (aprox. 1.000 por mi- proyección, para una mejor calidad visual. En nuto de presentación), producir un recorrido los dibujos animados y las animaciones de varios minutos por el modelo puede signi- computacionales se deben producir cada una ficar días de procesamiento en el computador.
  • 40 HARDWARE: técnicas para entrar al mundo virtual... Parra Marquez, Juan Carlos; García Alvarado, Rodrigo; Santelices Malfanti, Iván quot;Introducción Práctica a la Realidad Virtualquot; © Ediciones U. Bío-Bío, Concepción, 2001 En un modelo de “Realidad Virtual” el cálcu- gos de video (Play-Station) que pueden repre- lo y presentación de la imagen debe realizar- sentar una gran cantidad de polígonos en se en el instante para tener un recorrido tiempo real, pero con altos precios y/o apli- interactivo. Es decir, para que el usuario pue- caciones muy definidas. da desplazarse libremente, se debe estar pro- Por este motivo, en PC los modelos duciendo instantáneamente la animación virtuales suelen parecer acartonados por la tridimensional. Para lo cual se dispone enton- simplificación gráfica que se requiere para una ces de una mínima fracción de segundo para navegación fluida. En equipos económicos ac- generar las imágenes y calcular nuevas posi- tualmente se presenta la disyuntiva entre dos ciones del punto de vista. Permitiendo deci- posibilidades, se desarrolla un modelo de alto dir en el momento la velocidad y dirección realismo visual para imágenes y animacio- del recorrido computacional, tal como en un nes preparadas, o se tiene navegación ambiente real. Esto es lo que se conoce como interactiva en un modelo más simplificado. visualización interactiva o navegación en “tiempo real”, e implica un relación entre la capacidad del computador, la geometría del modelo y su presentación realista. En un PC aceptable (300 Mhz, 32 Mb. de RAM) con pantallas gráficas (1280x1024 pixels con miles de colores), se alcanza una navega- ción fluida de modelos hasta unos 5.000 polígonos con colores planos y algunas tex- turas. Se puede mejorar el rendimiento del equipo con tarjetas de video, pero igualmen- te el mayor detalle o presentación del modelo reduce la velocidad de la animación y pre- senta un recorrido a saltos. Una estación de trabajo gráfica (Silicon Graphics o similar) permite recorrer en tiem- Fig. 3.3 - Mundo virtual. po real ambientes más complejos, pero involucra a la vez una mayor escala de pre- Esta restricción es un importante “cuello cios y aplicaciones. Por ejemplo, en el Labo- de botella” para el desarrollo en Realidad Vir- ratorio de Realidad Virtual de la NASA, en tual, las expectativas de recorrer ambientes Houston, Texas, utilizan un supercomputador más realistas exigen los mejores equipos. Afor- que puede representar interactivamente más tunadamente la industria computacional ha de un millón de polígonos, en un sistema de avanzado fuertemente en el aumento de las cueva con 4 pantallas gigantes. Esta podero- capacidades de procesamiento, por tanto se sa instalación se justifica porque está destina- espera que en plazos cercanos se logren ma- da para simular la futura estación espacial, nejar fluidamente modelos cada vez más de- desarrollada en un esfuerzo entre varios paí- tallados. ses. También existen equipos especiales de Algunas técnicas computacionales, como generación de imágenes en tiempo-real (IG: QuickTimeVR de Apple, logran una represen- Image-Generator), así como plataformas de jue- tación interactiva con vistas panorámicas, a View slide
  • HARDWARE: técnicas para entrar al mundo virtual... 41 Parra Marquez, Juan Carlos; García Alvarado, Rodrigo; Santelices Malfanti, Iván quot;Introducción Práctica a la Realidad Virtualquot; © Ediciones U. Bío-Bío, Concepción, 2001 3.2. ESTEREOSCOPIA partir de fotografías de ambientes reales o Otro de los factores importantes para te- imágenes de modelos computacionales. Estas ner una sensación tridimensional es la visión son montadas en un cilindro o esfera virtual, en profundidad, que permite percibir el vo- que al mostrarlas en una ventana de la panta- lumen de los objetos y la espacialidad del am- lla se pueden girar como si se estuviese biente virtual. Para esto, además de la repre- visualizando el entorno fotografiado. Combi- sentación en perspectiva de los modelos, es nando varias vistas panorámicas en una se- relevante incorporar la “estereoscopía” o vi- cuencia de recorridos o inclusive alrededor de sión doble. Esto se refiere a la diferencia entre objetos, se puede lograr una cierta experien- las imágenes del ojo izquierdo y derecho, que cia de navegación inmersiva. Sin embargo no son enviadas por el cerebro en una imagen se maneja el detalle geométrico y además no tridimensional única. En la cual los cambios se pueden programar comportamientos o con- de perfil entre los objetos (llamado “mapa de figurar dispositivos, por lo cual constituye una disparidad”) indican la distancia con respec- técnica atractiva de presentación gráfica, pero to al observador, identificando las profundi- sin mayores desarrollos virtuales. dades relativas entre éstos. Lo cual se puede reconocer al taparse un ojo e intentar confir- mar con la mano la posición de elementos cercanos. (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 (por Charles Wheatstone, en 1832), tomando pos- tales turísticas o fotos pornográficas, con pa- res de vistas desfasadas, que se montaban en rudimentarios “estereoscopios”. Estos so- View slide
  • 42 HARDWARE: técnicas para entrar al mundo virtual... Parra Marquez, Juan Carlos; García Alvarado, Rodrigo; Santelices Malfanti, Iván quot;Introducción Práctica a la Realidad Virtualquot; © Ediciones U. Bío-Bío, Concepción, 2001 portes aseguraban que la distancia de los ojos perpuestas en pequeños fragmentos de colo- del usuario fuera similar al ángulo de diver- res, así el observador, forzando la visión, en- gencia de las fotografías tomadas, de modo focada unos 40 cm. detrás de la figura, logra que percibiera una sola imagen con profun- percibir en cada ojo la imagen correspondiente didad. Esta técnica se aplicó posteriormente y reconstruir mentalmente la vista en profun- en la aerofotogrametría para la confección de didad. El efecto visual es sorprendente y se mapas geográficos y Disney lo incorporó en distribuye un software (Stare-Eo) para trans- juguetes infantiles (los View Master). formar cualquier par de imágenes en “puntitos”, pero es cansador visualmente, un sector de la población finalmente no logra ade- cuar los ojos y no se pueden controlar los co- lores de manera realista. Tampoco se conocen aplicaciones de esta técnica en movimiento o interactivas. Fig. 3.5 - Estereoscopio. En el computador se han utilizado estas imágenes dobles para lograr visión estereoscópica, dividiendo la pantalla en dos partes y colocando una “capota” sobre el Fig. 3.6 - Imagen esteresocópica de “puntitos” monitor con un soporte para la visión fija del usuario. Es una técnica económica y fácil de Otro sistema estereoscópico conocido son implementar, se incorpora un accesorio para las imágenes dobles con distintos tintes de la configuración de la pantalla y se define la color, denominados “anaglifos”. La vista iz- visualización del modelo virtual con dos pun- quierda y derecha se presentan sobrepuestas, tos de vista ligeramente separados. Sin em- cargadas al verde o rojo distintamente (u otro bargo presenta problemas de formato y la par de tonos). Al observarlas con lentes en que posición rígida del usuario impide el manejo para cada ojo se coloca un cristal o plástico de otros dispositivos interactivos. del color complementario, anula la vista in- Otra técnica popular son las imágenes de versa y reconoce exclusivamente la imagen “puntitos”, creada por el matemático húnga- del lado correspondiente. Logrando una bue- ro Bela Julesz en 1971 y difundida por las pu- na percepción tridimensional en vistas blicaciones “Ojo Mágico”. Esta consiste en monocromáticas, pero, naturalmente, se de- presentar la imagen izquierda y derecha, su- teriora al aplicarla en imágenes coloreadas.
  • HARDWARE: técnicas para entrar al mundo virtual... 43 Parra Marquez, Juan Carlos; García Alvarado, Rodrigo; Santelices Malfanti, Iván quot;Introducción Práctica a la Realidad Virtualquot; © Ediciones U. Bío-Bío, Concepción, 2001 Como es una técnica barata y fácil de generar quierda y derecha, y las gafas permiten la vi- en los medios visuales (con dos cámaras si- sión respectiva obteniendo la visión en profun- multáneas), se ha utilizado ocasionalmente en didad. Los dispositivos desarrollados con esta el cine y en programas de televisión. En estos técnica (como las Crystal Eyes de Stereographics eventos se les distribuye a los auditores gafas Corp.) han demostrado ser muy efectivos, pero de cartón, pero no han tenido mucho éxito ya implican un mayor costo que los sistemas an- que el efecto de profundidad se diluye por las teriores. Además, al igual que estas técnicas, imágenes coloreadas, que además permiten están limitadas a pantallas fijas, por lo que la la visualización de espectadores sin lentes. Ac- tridimensionalidad se percibe dentro del mar- tualmente se están utilizando gafas “pola- co del monitor. Al intentar tocar los objetos rizadas”, en que los cristales poseen peque- tridimensionales la mano choca sorpresiva- ñas ranuras bifocales para discriminar las imá- mente con el vidrio de la pantalla, pero el efec- genes de distinto color, pero requieren un con- to se reduce al percibir ambientes mayores. trol más estricto, elementos un poco más ca- Fuera del monitor, la visión del entorno a tra- ros y se aplica adecuadamente sólo en vistas vés de las gafas presenta un ligero ensombre- o elemento monocromáticos. cimiento. Fig. 3.7 - Anaglifos. Fig. 3.8 - Crystal Eyes. Una técnica que se ha consolidado en ins- El sistema más completo para percibir talaciones industriales son los lentes de mundos virtuales en profundidad son los cas- obturación (shutter glasses), que consisten en cos o pantallas montadas en la cabeza (HMD: gafas con cristal líquido que electrónicamente head-mounted displays). Dos pequeños oscurecen cada ojo, coordinados con el barri- monitores transmiten directamente la imagen do de la imagen del monitor (a una velocidad izquierda y derecha a cada ojo, y el usuario se sobre los 60 fps, por lo que el oscurecimiento puede mover manteniendo las pantallas frente no se percibe), con un secuenciador de la señal a los ojos. Varios dispositivos además ocultan entre la pantalla y el computador. De este modo la visión del entorno real por los lados de las se presenta consecutivamente la imagen iz- gafas (oclusión), por tanto el usuario
  • 44 HARDWARE: técnicas para entrar al mundo virtual... Parra Marquez, Juan Carlos; García Alvarado, Rodrigo; Santelices Malfanti, Iván quot;Introducción Práctica a la Realidad Virtualquot; © Ediciones U. Bío-Bío, Concepción, 2001 tiene una sensación más fuerte de inmersión También los dispositivos recientes proyec- en el modelo computacional. Sin embargo tan las imágenes con espejos desde la parte este mismo aspecto es el que produce cansan- superior, con lo cual se puede retirar o difu- cio ocular y mareos, por lo que algunos cas- minar la cubierta frontal y tener una visión cos (denominados “semi-inmersivos”) han completa de la situación real con la imagen optado por conservar una visión parcial del virtual sobrepuesta (denominado see-through: ambiente real, para orientar al observador. Las ver a través). Esto ha apoyado todo un cam- pantallas actualmente alcanzan una resolu- po de desarrollo en RV denominado “reali- ción y proporción similar a los monitores de dad aumentada” con aplicaciones en proce- computador, pero en dimensiones reducidas sos industriales y aeronáutica (por ejemplo, (aprox. 2”) y colocadas a pocos centímetros sobreponer mapas sobre el paisaje natural), de los ojos. Pueden ser de tubos o cristal lí- de hecho ha derivado hacia una técnica de im- quido, pero se prefiere esta última tecnolo- presión directa de la imagen virtual con láser gía para reducir el peso y el cansancio en la córnea del ojo, que ya ha generado algu- involucrados. Los últimos cascos han logra- nos productos especializados para pilotos de do reducir la instalación a un cintillo, por lo combate. que se conocen como “light-HMD”. La mayor limitación de los cascos es el campo de visión (FOV: field-of-view), debido a que normalmente es más reducido (aprox. 40º) que la vista normal (que alcanza 120-180º con la visión periférica), de este modo la per- cepción con el casco es como andar con anteojeras. Esto ha generado una fuerte di- ferenciación entre los dispositivos que alcan- zan mayores campos de vista (con costos más altos) y, a la vez, un debate técnico sobre la forma de determinar la medida del campo Fig. 3.9 - VFX-1 Forte de 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 acuerdo con cada usuario. Fig. 3.10 - Sony Glastron.
  • HARDWARE: técnicas para entrar al mundo virtual... 45 Parra Marquez, Juan Carlos; García Alvarado, Rodrigo; Santelices Malfanti, Iván quot;Introducción Práctica a la Realidad Virtualquot; © Ediciones U. Bío-Bío, Concepción, 2001 3.3. RASTREO DE MOVIMIENTOS Para lograr una sensación integral de inmer- sión en el mundo virtual es importante tener un relación directa entre el movimiento del cuerpo y la acción en el ambiente computacional, 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 incluso la localización y movimiento de distintos ins- trumentos o partes del cuerpo representados computacionalmente. Se ha reconocido que esta capacidad es fundamental para tener un sentido de presencia en el ambiente virtual y Fig. 3.11 - Rastreador Intersense (giroscopio) vivenciar éste como una realidad paralela. Como estos dispositivos no son muy visibles, interacción entre el ambiente físico y el mo- se afirma que constituyen el “costo oculto” de delo virtual, por lo que pueden controlar re- los sistemas de Realidad Virtual. corridos limitados, utilizándose para El reconocimiento de movimientos del visualizar elementos menores o manipular usuario se logra con rastreadores (trackers) em- objetos. En entornos mayores se complemen- plazados en algunas partes del cuerpo, los tan con un dispositivo independiente para el cuales pueden utilizar distintos sistemas (me- desplazamiento. cánicos, ópticos, ultrasónicos o magnéticos). Los sistemas mecánicos consisten en bra- Los rastreadores deben identificar en tiempo- zos, que poseen un pivote fijo y distintos seg- real una posición tridimensional (en ejes mentos articulados hasta afianzarse al cuer- cartesianos X,Y,Z) y una orientación (giros en po, se suelen aplicar fundamentalmente para X,Y,Z), lo que se conoce como “seis grados de sostener visores o cascos como periscopios libertad” (6DOF: six-degrees-of-freedom). virtuales (conocidos como BOOM). Los más sencillos son giroscopios que se Los dispositivos ópticos son pequeñas cá- instalan en la parte posterior de los cascos para maras, como las que poseen los scanners, que reconocer los giros de la cabeza y adecuar la reconocen el retorno de un pequeño haz lu- imagen de las pantallas según la rotación na- minoso en un rango general (claro-oscuro). De tural de la vista, otorgando la sensación de este modo se utilizan varias cámaras para dis- estar rodeado por el modelo digital. Esto com- criminar el perfil del cuerpo o incluso peque- pensa los estrechos campos de vista de los ñas marcas en la piel. El rango de aplicación cascos, con una visión periférica sensible al es estrecho, se ha utilizado en instalaciones movimiento del cuerpo y complementan la artísticas para controlar algunos movimien- navegación, por lo que son rastreadores “re- tos libres (como mover los brazos), o en la re- lativos” a la localización en el mundo virtual. producción computacional de figuras anima- Los rastreadores, que identifican la posi- das, pintando actores con diversas señales en ción tridimensional absoluta, requieren una el cuerpo. referencia fija y tienen un alcance definido de Los rastreadores sonoros son los más flexi- acuerdo con la magnitud del dispositivo. De bles y utilizan señales de ultrasonido con emi- este modo poseen un espacio determinado de sores fijos y receptores instalados en el dispo-
  • 46 HARDWARE: técnicas para entrar al mundo virtual... Parra Marquez, Juan Carlos; García Alvarado, Rodrigo; Santelices Malfanti, Iván quot;Introducción Práctica a la Realidad Virtualquot; © Ediciones U. Bío-Bío, Concepción, 2001 sitivo corporal y por triangulación geométrica determinan la posición y los giros. Estos dis- positivos utilizan alta frecuencias de transmi- sión al computador. Cuando se usan varios rastreadores para distintas posiciones (en áreas grandes), diferentes dispositivos (guan- tes, cascos) o distintos usuarios, suelen pre- sentar acoplamiento de señales. También hay distorsiones con los elementos metálicos, que son frecuentes en los sistemas computa- cionales, por lo cual se prefiere realizar las instalaciones virtuales con soportes de made- ra. De hecho la calibración presenta un rango de inexactitud, que constituye uno de los prin- cipales desafíos científicos. Otro problema es el ocultamiento de señales por gestos corpo- Fig. 3.12 - Rastreador Logitech (ultrasónico). rales (como doblar la mano o el torso), lo que genera zonas muertas que interrumpen el ras- treo. También se presenta un problema impor- tante con la demora (lag) entre la recepción de la posición y actualización de la imagen computacional, generalmente se va produ- ciendo cierto retardo que genera problemas de coordinación.
  • HARDWARE: técnicas para entrar al mundo virtual... 47 Parra Marquez, Juan Carlos; García Alvarado, Rodrigo; Santelices Malfanti, Iván quot;Introducción Práctica a la Realidad Virtualquot; © Ediciones U. Bío-Bío, Concepción, 2001 3.4. SONIDO VIRTUAL 3.5. DESPLAZAMIENTO TRIDIMENSIONAL Una de las mayores expectativas de la Rea- Los dispositivos de salida de datos del lidad Virtual es una representación múltiple de mundo virtual (out put) se complementan con la percepción humana, esto es, involucrando sistemas de entrada de datos (input), que per- todos los sentidos. Sin embargo, el desarrollo miten desarrollar una actividad en el entorno se ha concentrado mayormente en capacida- digital. La acción más básica es el desplaza- des visuales y cinestéticas. Aunque hay miento del punto de vista, estableciendo un experimentaciones en lo táctil (como retroali- recorrido por el modelo computacional, con mentación por fuerza con joystick con moto- movimientos en los seis grados de libertad (los res), así como investigaciones con dispositivos tres ejes y giros correspondientes). gustativos y olores, aún no constituyen tecno- Para definir el desplazamiento 3D, lo más logías muy utilizadas. Sólo la reproducción del sencillo es utilizar el mouse, de que dispone sonido se ha integrado adecuadamente, basán- la mayoría de los computadores personales dose en la tecnología multimedia de los com- (también se puede utilizar el teclado, pero no putadores actuales. se puede ver adecuadamente al utilizar cas- En la mayoría de los sistemas virtuales se co). El mouse, aunque es un apuntador bi-di- pueden incorporar sonidos, internos o exter- mensional, permite configurar movimientos nos, en tiempo-real y establecer una posición adicionales con los botones. Lo más frecuente como fuente para controlar el volumen según es establecer el movimiento principal del la distancia del usuario, lo que se conoce como mouse para la traslación adelante-atrás y el “sonido volumétrico”. Sin embargo el recono- giro derecha-izquierda (a partir del centro de cimiento de obstáculos físicos o reverberancia la pantalla o un punto determinado), ya que de materiales aún está en desarrollo. En todo éstos son los movimientos naturales del reco- caso la mayoría de los cascos contempla rrido peatonal. Luego, oprimiendo algún bo- audífonos de distinto tamaño (más o menos tón (izquierdo, central o derecho) se configu- “oclusivos”) que se pueden conectar a la tarje- ran traslaciones en los ejes laterales, levantar ta de sonido del PC y, adecuadamente confi- o rotar la visión. Esto también se controla en gurado el mundo virtual, tener una percepción algunos “browser” con iconos al borde de la sonora tridimensionalmente coherente en el pantalla. Normalmente se omiten giros late- ambiente computacional. rales porque produce un desequilibrio natu- ral del cuerpo y genera mareos. La limitación del mouse es que debe desplazarse en un pla- no fijo, por tanto dificulta un movimiento li- bre del cuerpo y el uso de otros dispositivos para la actividad virtual. Sin embargo, el man- tener una referencia física también es reco- mendable para un trabajo prolongado. Fig. 3.13 - Audífonos del VFX-1 Forte.
  • 48 HARDWARE: técnicas para entrar al mundo virtual... Parra Marquez, Juan Carlos; García Alvarado, Rodrigo; Santelices Malfanti, Iván quot;Introducción Práctica a la Realidad Virtualquot; © Ediciones U. Bío-Bío, Concepción, 2001 SIN BOTON Girar Izquierda Avanzar Girar Derecha Retroceder BOTON IZQUIERDO Mover Izquierda Subir Mover Derecha Bajar Fig. 3.15 - Apuntador Manual (Cyber Puck). Algunos dispositivos manuales, como el SpaceMouse, SpaceBall de Microsoft, o Joystick BOTON DERECHO 3D poseen el control inmediato de los seis gra- Inclinar Izquierda levantar 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 otorgan una libertad de movimiento que tiende a des- Bajar Inclinar Derecha orientar. Siempre es recomendable restringir el desplazamiento o actuación al tipo de acti- vidades por realizar para no distraerse exce- Fig. 3.14 - Configuración de movimientos 3D con el mouse. sivamente. Los joystick se pueden configurar para el desplazamiento en el ambiente virtual de una manera similar, utilizando también los boto- nes o disparadores incorporados. La ventaja es que el movimiento principal (adelante-atrás y derecha-izquierda), con la varilla es más in- tuitivo y sensible, además se puede sostener con 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 en torno a éstos, es decir, en vez de las traslaciones en los ejes, privilegiar los giros. Fig. 3.16 - SpaceMouse.
  • HARDWARE: técnicas para entrar al mundo virtual... 49 Parra Marquez, Juan Carlos; García Alvarado, Rodrigo; Santelices Malfanti, Iván quot;Introducción Práctica a la Realidad Virtualquot; © Ediciones U. Bío-Bío, Concepción, 2001 3.6. MANIPULACION DE OBJETOS Una relación más completa del usuario con Instalaciones más complejas involucran el el ambiente virtual exige dispositivos más uso de instrumentos separados o una movili- sofisticados, en los cuales se controle más de dad disociada del usuario. En estos casos se un elemento y sus opciones asociadas. Nor- requiere discriminar la posición del usuario malmente, éstas se refieren a instrumentos con el elemento, utilizando rastreadores o re- (bastones, manubrios, máquinas o herramien- ferencias mecánicas variables. En cada ele- tas) o a partes corporales (manos, piernas). mento se deben reconocer ciertas articulacio- Para los instrumentos virtuales normalmen- nes u operadores específicos, con sensores te se reproducen los elementos físicos asocia- electrónicos. Además de regular y enviar la dos y se complementa con una modelación señal al sistema computacional central, incor- computacional del instrumento. El elemento fí- porar los datos en tiempo-real al software y sico y su representación virtual (avatar) se es- actualizar la geometría de los elementos o las tablecen como las referencias fijas en el medio acciones en un proceso interactivo. Estas ins- talaciones no son exigentes en procesamiento real y computacional. Por ejemplo, en una ins- computacional, pero la adecuada configura- talación de manejo virtual la operación se lo- ción física y electrónica, modelación y opera- caliza exclusivamente en el instrumental, el ción computacional es compleja. usuario y el vehículo virtual se desplazan con- Uno de los dispositivos más publicitados juntamente en el ambiente computacional. En en este sentido son los “guantes”, sin embar- algunos casos, partes del instrumental se mue- go han presentado un escaso desarrollo y apli- ven indistintamente y controlan acciones dife- cación por su sofisticación. Aunque la movi- renciadas (como los bastones y las tablas en un lidad de la mano permite una gran versatili- “esquí virtual”), pero deben mantener una co- dad de acciones, la mayor parte ha sido posi- nexión física en la instalación y una relación ble representarla con controles específicos geométrica determinada en la representación (como el mouse y los botones). Estos disposi- digital. De hecho, el usuario puede utilizar una tivos utilizan básicamente dos técnicas, los visualización inmersiva con rastreo de orien- “exo-esqueletos” y los “guantes de datos”. tación, pero el control se realiza en el instru- Los exo-esqueletos, que se aplican también mental asociado al punto de vista virtual. para dedos individuales, piernas o para el ma- nejo de pequeños instrumentos manuales en medicina virtual, consisten en la instalación de una estructura mecánica paralela y sobrepuesta a la mano (adherida a distancia en distintos tra- mos). Con rotores en cada articulación, los sensores 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 aplicaciones delicadas, pero su defecto es la sofisticación y necesidad de regularla cuidadosamente con cada usuario. Algunos dispositivos utilizan guantes rígidos, con un mínimo de articulacio- nes y controles asociados, pero presentan una Fig. 3.17 - Volante. campo limitado de utilización.
  • 50 HARDWARE: técnicas para entrar al mundo virtual... Parra Marquez, Juan Carlos; García Alvarado, Rodrigo; Santelices Malfanti, Iván quot;Introducción Práctica a la Realidad Virtualquot; © Ediciones U. Bío-Bío, Concepción, 2001 3.7. INSTALACIONES El otro sistema son los “guantes de datos” Estos dispositivos de Realidad Virtual se (como el DataGlove), compuestos de lycra con pueden montar en distintos tipos de instala- cables de fibra de vidrio por cada dedo. Cada ciones, de acuerdo con el nivel del equipamien- fibra posee un emisor de luz al inicio y un to y con la aplicación realizada. Como se men- sensor al final, de modo que se determinan ciona en el capítulo uno (1.4), se distinguen los giros por la intensidad de luz recibida. instalaciones de escritorio, proyecciones de Posee bastante flexibilidad y portabilidad, segunda persona, cámaras de tele-presencia, pero la identificación de la posición debe rea- inmersión con cascos, cabinas o cuevas. lizarse con un rastreador adicional. Las instalaciones de sobremesa o escrito- rio (desktop-VR) son las que involucran sola- mente un computador con sus dispositivos corrientes (monitor y mouse). Se utiliza un software tridimensional con visualización interactiva y se puede configurar el mouse para el desplazamiento con seis grados de li- bertad. Aunque algunos autores consideran este sistema muy simple para percibir una rea- lidad paralela, es la instalación más frecuente y cómoda para el trabajo computacional. Na- turalmente es preferible monitores de mayor tamaño que el normal y ocasionalmente se in- corporan algunos apuntadores tridimensionales o dispositivos de visualización estereoscópica (como Crystal Eyes con rastreador Logitech). A estos casos se les denomina sistemas “acua- Fig. 3.18 - DataGlove. rio” o “ventana en el mundo” (WoW:window- over the-world), por su capacidad de atisbar También se ha planteado la confección de tridimensionalmente un mundo virtual. trajes completos con esta técnica (como apa- recen en la película “El Hombre del Jardín”) pero no han superado la fase experimental por la complejidad que involucran. Cuando se requiere reproducir distintas partes del cuer- po es más sencillo colocar rastreadores en las extremidades e identificar sus rotaciones re- lativas (ya que la dimensión del cuerpo se mantiene estable), con una representación completa del usuario. Fig. 3.19 - Ventana en el mundo.
  • HARDWARE: técnicas para entrar al mundo virtual... 51 Parra Marquez, Juan Carlos; García Alvarado, Rodrigo; Santelices Malfanti, Iván quot;Introducción Práctica a la Realidad Virtualquot; © Ediciones U. Bío-Bío, Concepción, 2001 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 en grupos (lo que es relevante en el financiamien- to de aplicaciones educacionales o de entrete- nimiento, que no se justifican individualmen- te). Frecuentemente se complementan con gafas estereoscópicas o con la filmación de los usuarios, cuya imagen aparece insertada en el ambiente virtual (como las escenografías de TV) Estas implementaciones son conocidas Fig. 3.20 - Sistema de Pantallas triples. como Realidad Virtual en segunda persona. Se pueden adicionar varias pantallas en Para lograr un completo sentido de inmer- horizontal con dos o tres proyectores, estric- sión se pueden complementar varios proyec- tamente coordinados en un margen de super- tores en domos o semi-esferas (similares al cine posición horizontal. Estas instalaciones son panorámico o I-Max), pero la instalación mas denominadas “teatros virtuales” y ganan una sofisticada es la “cueva” (CAVE: computer- significativa amplitud del campo de vista y aumented-virtual environment) iniciado en la permiten un efecto de inmersión en el ambien- Universidad de Illinois por la investigadora ve- te virtual para grupos de personas (normal- nezolana Carolina Cruz-Neira. Este sistema mente uno asume el control de la navegación). involucra proyectores en la parte posterior de El manejo interactivo de varias pantallas de a lo menos tres grandes pantallas que confor- buena resolución obliga a utilizar estaciones man un cubo de aprox. 2x2x2 mts. en que se de trabajo gráficas. Un sistema muy efectivo sitúan uno o más personas. También se incor- ha sido implementado por la empresa MUSE, poran un proyector y pantalla su- que provee una instalación de tres pantallas con un centro de control. Fig. 3.21 - CAVE.
  • 52 HARDWARE: técnicas para entrar al mundo virtual... Parra Marquez, Juan Carlos; García Alvarado, Rodrigo; Santelices Malfanti, Iván quot;Introducción Práctica a la Realidad Virtualquot; © Ediciones U. Bío-Bío, Concepción, 2001 perior y recientemente, un proyector desde el En este campo podemos clasificar distintas ins- piso (a través de un vidrio de alta resisten- talaciones de video-juegos o experimentales cia). Una de las mejores instalaciones es la con sillas, bases, camastros o huinchas CAVE del Instituto de Computación Gráfica andantes. de Darmstadt, Alemania, que posee 5 lados Para obtener una inmersión personal se proyectados (tres muros, techo y piso). Esto utilizan las instalaciones de casco que requie- implica una gran cantidad de espacio físico, ren un buen computador de soporte (y usual- de hecho algunos proyectores deben utilizar- mente un monitor adicional para compartir o se con espejos. También es muy importante controlar el recorrido por el mundo virtual), controlar la coordinación y brillo de las imá- además de algún dispositivo de navegación genes en las esquinas, para difuminarla y no 3D, generalmente joystick o mouse. Aunque percibir el cubo real sino un entorno continuo. popularmente se les vincula con los guantes, Usualmente se complementan con escasamente se utilizan juntos por las dificul- rastreadores absolutos (debido al rango de tades de configuración y rara vez se justifi- acción determinada) para dispositivos de na- can en una misma aplicación (exigen equipos vegación o manipulación, además de gafas más poderosos). Como los cascos ocultan to- estereoscópicas para los usuarios. Natural- tal o parcialmente la vista del entorno y pro- mente se deben controlar con poderosas esta- ducen mareos ocasionales, es recomendable ciones gráficas (procesadores en paralelo) y utilizarlos sentados o dentro de armazones monitores adicionales. Esta instalación otor- fijas, especialmente si se complementan con ga un alto sentido de inmersión y permite otros dispositivos, de modo que se puedan un trabajo grupal sin cansancio, pero su ma- preparar adecuadamente las conexiones para yor dificultad es el alto costo involucrado. distintos usuarios. También se suelen implementar cabinas, en Cualquiera de estos sistemas puede estar las cuales se montan varias pantallas coordi- controlando o recibiendo información de un nadas en una estructura, generalmente repre- ambiente remoto, tal como desde una cáma- sentando un determinado vehículo (como una ra sobre una base movil. Estas instalaciones cabina de avión para entrenamiento de pilo- son conocidas como “Sistemas de Tele-pre- tos). La ventaja de estas instalaciones es que se sencia”, porque otorgan la sensación y ca- puede agregar y manejar diverso instrumen- pacidad de estar en un entorno lejano, ma- tal e incluso reproducir movimientos comple- nejando maquinarias o visualizando diver- tos de la cabina con pistones neumáticos en la sas condiciones ambientales. Finalmente, base, generando un efecto dinámico realista. podemos considerar que el equipamiento Sin embargo, requieren de un relevante para relacionar el usuario y los ambientes equipamiento (según la cantidad de pantallas, virtuales esta aún en desarrollo y probable- instrumentos y complejidad del ambiente vir- mente se diversificará en distintos niveles o tual) y se justifican en usos muy específicos. tipos de aplicación.