COMPONENTES DE UN SISTEMA DE REALIDAD VIRTUAL

COMPONENTES DE UN SISTEMA DE REALIDAD VIRTUAL

En un sistema de realidad virtual se pueden distinguir elementos hardware y elementos software. 

a. HARDWARE

Los componentes hardware más importantes son el computador, los periféricos de entrada y los periféricos de salida [1].

a.1) Periféricos de entrada (sensores)

Los periféricos de entrada se encargan de capturar las acciones del participante y enviar esta información al computador. Los periféricos de entrada más frecuentes en realidad virtual son los posicionadores (que permiten al sistema conocer en tiempo real la posición y la orientación de la cabeza, de la mano, o de todo el cuerpo del usuario), los guantes (que permiten detectar movimiento de los dedos de la mano) y los micrófonos (que graban la voz del participante).

a.2) Periféricos de salida (efectores)

Los periféricos de salida se encargan de traducir las señales de audio, video, etc. generados por el computador en estímulos para los órganos de los sentidos (sonido, imágenes, . . . ). Los efectores se clasifican según el sentido al que va dirigido: existen efectores visuales (cascos estereoscópicos,  pantallas de proyección, . . . ), y de audio (sistemas de sonido, altavoces, . . . ) de fuerza y tacto (dispositivos táctiles), y del sentido del equilibrio (plataformas móviles).

a.3) Computador
El computador se encarga de llevar a cavo la simulación de forma interactiva, basándose en el modelo geométrico 3D y en el software de recogida de datos, simulación física y simulación sensorial. Debido a que el proceso más crítico en realidad virtual es la simulación visual (síntesis de imágenes a partir de modelos 3D), los computadores que se utilizan para realidad virtual son estaciones de trabajo con prestaciones gráficas avanzadas, donde la mayor parte de las etapas del proceso de visualización están implementadas por hardware.

b. SOFTWARE

Los componentes software más importantes son el modelo geométrico 3D y los programas de simulación sensorial (simulación visual, auditiva, táctil, . . . ), simulación física (movimiento de la cámara virtual, detección de colisiones, cálculo de deformaciones, . . . ), y recogida de datos [1].

b.1) Modelo geométrico 3D

Dado que un sistema de realidad virtual tiene que permitir explorar la escena de forma interactiva y ver el mundo virtual desde cualquier punto de vista, es necesario disponer de una representación geométrica 3D de este mundo, que permita hacer los cálculos de imágenes, generación de sonido espacial, cálculo de colisiones, etc. a los módulos.

b.2) Software de tratamiento de datos de entrada

Los módulos de recogida y tratamiento de datos se encargan de leer y procesar la información que proporcionan los sensores. Esto incluye los controladores de los dispositivos físicos, así como los módulos para el primer tratamiento de los datos suministrados. Los sistemas que permiten la  comunicación con el ordenador mediante órdenes orales requieren un sistema de reconocimiento de voz. Otros sistemas utilizan un esquema de comunicación basado en gestos de la mano (una especie de lenguaje de sordo-mudos pero más sencillo) y que requiere el reconocimiento de gestos a partir de una secuencia de movimientos.

b.3) Software de simulación física
Los módulos de simulación física se encargan de llevar a cabo las modificaciones pertinentes en la representación digital de la escena, a partir de las acciones del usuario y de la evolución interna del sistema.

Referencia:

[1] BRUNET, P. (2006).  Introducción a la realidad virtual-Capítulo 2.  Obtenido de: https://www.cs.upc.edu/~pere/SGI/guions/ArquitecturaRV.pdf

¿QUÉ ES LA REALIDAD VIRTUAL?

En el año de 1987 se utilizó por primera vez el término Realidad Virtual, cuando Jaron Lanier, fundador de Visual Programming Laboratory Research, una empresa de San Francisco, creó un área de investigación con ese nombre. Esa empresa creo distintos productos con tecnología de Realidad Virtual: varias gafas y guantes, los cuales fueron comercializados [1].

En la segunda mitad de los años 80, la informática sufre un crecimiento muy importante, los ordenadores crecen en capacidad de procesamiento, capacidad gráfica y se abaratan, a la vez que se empiezan a popularizar los ordenadores personales.  El que se popularicen los ordenadores personales, implica que aparece en escena un elemento muy importante que tendrá mucho que ver en la evolución de la Realidad Virtual en los siguientes años: Los videojuegos [1].

DEFINICIÓN

Se define como realidad virtual un entorno que puede ser puede ser de apariencia real o no, que da al usuario la sensación de estar inmerso en él.  Como norma general, este entorno es generado por un sistema informático y visualizado por el usuario mediante un dispositivo específico como puede ser un casco o unas gafas y dependiendo del sistema y de lo elaborado e inmerso que pretenda ser, puede estar acompañado de otros elementos como sensores de posición y movimiento, guantes, sonido 3D, elementos como mandos para desplazarse o manipular los objetos del entorno, etc.[1].

Dicho de otro modo, Realidad Virtual es "una simulación interactiva por computador desde el punto de vista del participante, en la cual se sustituye o se aumenta la información sensorial que recibe”.   En esta definición aparecen los elementos básicos que tienen que  estar presentes en todo sistema de realidad virtual [2]:

a) Simulación interactiva

Una aplicación de realidad virtual es una simulación en el sentido de que se recrea un mundo virtual que sólo existe como una representación digital en la memoria de un ordenador. El hecho de que la simulación sea interactiva es lo que distingue la realidad virtual de una animación. En una animación, al igual que en el cine, los espectadores son individuos pasivos en el sentido que no pueden alterar el contenido de las imágenes que ven: éstas han sido grabadas previamente desde un determinado punto de vista o siguiendo una determinada trayectoria. En cambio, en un sistema de realidad virtual, el usuario puede escoger libremente su movimiento por la escena y, por tanto,sus acciones afectan de forma directa a las imágenes que verá. Además, el usuario puede improvisar su movimiento sobre la marcha, sin necesidad detener que establecer un guión previo, pues el sistema de realidad virtual responderá en tiempo real (es decir, con un tiempo de respuesta despreciable) a sus acciones.Dado que la trayectoria que seguirá el participante es imprevisible, y que hay infinitos puntos de vista diferentes, los sistemas de realidad virtual requieren tener una representación geométrica 3D del entorno virtual, deforma que puedan calcular la imagen correspondiente a un punto de vista arbitrario. Además de este modelo geométrico, los sistemas de realidad virtual también requieren utilizar algoritmos de visualización realista (algoritmos de síntesis de imágenes) para poder generar las imágenes a partir de estas representaciones digitales de la escena).

b) Interacción implícita

La realidad virtual utiliza la interacción implícita en contraposición a la interacción explícita o interacción clásica.  En la interacción clásica, cuando un usuario quiere llevar a cabo una determinada acción tiene que comunicar de forma explícita su voluntad al computador.  Para esta tarea, el usuario utiliza el esquema de comunicación determinado por la interfaz de la aplicación que es como se denominan los sistemas basados en ventanas e íconos. En cualquiera de estos casos, el usuario tiene que realizar un pequeño esfuerzo para recordar o buscar el comando o el elemento gráfico asociado a la acción que quiere realizar, y debe hacer llegar al ordenador esta orden a través delos dispositivos de interacción clásica, fundamentalmente el teclado y el ratón.   En cambio, en la realidad virtual, el sistema captura la voluntad del usuario implícita en sus movimientos naturales. La revolución de la realidad virtual en la interacción hombre-máquina radica en que el usuario deja de percibir los dispositivos (incluso deja de percibir el propio ordenador) para pasar a interactuar directamente con los objetos de la escena. La diferencia psicológica es que el usuario deja de mirar por una ventana y pasa a estar dentro del entorno virtual.

c) Inmersión sensorial

El tercer elemento fundamental de todo sistema de realidad virtual es la inmersión sensorial.  La palabra inmersión tiene significados muy variados según el contexto en que se utilice, pero en realidad virtual es un concepto muy claro. Podemos definir la inmersión sensorial como la desconexión de los sentidos del mundo real y la conexión al mundo virtual. Como consecuencia, el usuario deja de percibir el entorno que le rodea y pasa a estar inmerso dentrodel mundo virtual que recrea el computador en tiempo real. De los diferentes órganos de los sentidos, la vista es el que nos proporciona una mayor cantidad de información y a la vez es la que da una mayor sensación de presencia. Por este motivo, todo sistema de realidad virtual debe proporcionar estímulos adecuados como mínimo para el sentido de la vista (es decir, debe generar las imágenes correspondientes al mundo virtual), a pesar de que a menudo los sistemas de realidad virtual proporcionan también inmersión acústica.  A menudo se dice que un sistema de realidad virtual crea el efecto de que los objetos del entorno virtual existen con independencia del dispositivo de visualización. Cuando miramos un modelo en una pantalla de un computador (sin realidad virtual), claramente distinguimos que los objetos están proyectados en la superficie de la pantalla, y no tenemos ninguna sensación que estos objetos tengan una existencia material, por más realista que sean las imágenes.  En cambio, la utilización de los dispositivos de visualización de realidad virtual crea en el usuario el efecto que los objetos no están proyectados en ninguna superficie, sino que se encuentran a diferentes distancias “flotando”en el espacio que envuelve al observador, como si tuviesen existencia material propia. La clave de este proceso es la visión estereoscópica. La visión estereoscópica se basa en proporcionar dos imágenes ligeramente diferentes del mundo virtual, una por cada ojo, de forma que el sistema visual humano deduce la profundidad de los objetos a partir de las diferencias en las imágenes. La visión estereoscópica es un elemento imprescindible en todo sistema de realidad virtual, pues es el único medio para hacer que los objetos tengan una fuerte presencia espacial. La visión estereoscópica también es una herramienta muy útil para aplicaciones que no se pueden considerar de realidad virtual, ya que permite ubicar espacialmente los objetos deforma mucho más precisa, gracias a que la escena se percibe en relieve.

[1] NAVARRO, F.; MARTÍNEZ, A. Y MARTÍNEZ, J. (2018).  "Realidad virtual y realidad aumentada: Desarrollo de aplicaciones".  Editorial RA-MA.  Madrid, España.

[2] BRUNET, P. (2006).  Introducción a la realidad virtual-Capítulo 2.  Obtenido de: https://www.cs.upc.edu/~pere/SGI/guions/ArquitecturaRV.pdf