Empezaremos por un apartado donde se explican los tres ingredientes elementales que tiene que tener un sistema de realidad virtual para ser considerado como tal: simulación interactiva, interacción implícita e inmersión sensorial.
Definición De Conceptos Básicos
A pesar de que en la literatura se pueden encontrar muchas definiciones de realidad virtual (en inglés, virtual reality VR), seguramente una de las más completas es la que propuso A. Rowell:
“La 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 y que se discuten a continuación: Simulación interactiva Interacción implícita Inmersión sensoria
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 de tener 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, de forma 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.
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 (pongamos que quiere ver la parte del mundo virtual que tiene detrás) 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, ya sea una interfaz basada en comandos o una interfaz gráfica de tipo W. I. M. P. (window-icon-menu-pointing device), 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 de los dispositivos de interacción clásica, fundamentalmente el teclado y el ratón.
A pesar que de en los últimos años las interfaces gráficas en mejorado mucho la comunicación del hombre con el computador, la comunicación de acciones repetidas (como la trayectoria que quiere seguir el usuario) no deja de suponer un esfuerzo, y normalmente requiere de un cierto tiempo de entrenamiento o formación.
En cambio, en la realidad virtual el sistema captura la voluntad del usuario implícita en sus movimientos naturales. El ejemplo más claro es el control de la cámara virtual: en una sistema de realidad virtual, la cámara se actualiza en función de los movimientos de la cabeza del usuario. Si el usuario quiere ver la parte de mundo virtual que tiene detrás, no tiene que utilizar ningún comando ni mover el ratón, sino que simplemente sino que simplemente debe hacer el mismo gesto natural (girar la cabeza) que haría en el mundo real:
Otro ejemplo es la interacción con los objetos de la escena. Si el usuario quiere abrir una puerta o mover un objeto, lo único que tiene que hacer es coger la puerta o el objeto y llevar a cabo con la mano los mismos movimientos que haría con un objeto real.
Como podemos ver, tanto en interacción clásica como en interacción implícita se utilizan dispositivos periféricos para la entrada de datos, pero la diferencia fundamental es la percepción que tiene el usuario de estos dispositivos. 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.
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 dentro del 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 de forma mucho más precisa, gracias a que la escena se percibe en relieve.
Arquitectura De Realidad Virtual
En este apartado veremos cuales son los diferentes elementos hardware y software que componen un sistema de realidad virtual, cual es la interrelación entre estos elementos, y como estos elementos afectan a los niveles de simulación, interacción e inmersión del sistema
Componentes De Un Sistema De Realidad Virtual
En un sistema de realidad virtual se pueden distinguir elementos hardware y elementos software.
Los componentes hardware más importantes son el computador, los periféricos de entrada y los periféricos de salida.
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. La siguiente figura ilustra los componentes de un sistema típico de realidad virtual:
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).
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).
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