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Tecnologías de Realidad Virtual - Monografía

Tecnologías de Realidad Virtual




Introducción

Actualmente, el constante cambio en el mundo tecnológico y la creciente necesidad de nuevas y mejores tecnologías que emergen estocásticamente, ocasiona que tanto usuarios como administradores algunas veces se mantengan al margen de las nuevas herramientas que surgen para satisfacer demandas de visualización e interacción de modelos que manejan grandes cantidades de información, así con la aparición de estas nuevas tecnologías emergentes, una gran cantidad de conocimiento se ha generado y nuevas formas de llevar a cabo actividades y funciones se ven alteradas.

Sin duda, el gran crecimiento en el desempeño de supercomputadoras y en particular de computadoras con grandes alcances en capacidades de graficación, ha permitido la incorporación de nuevas tecnologías de visualización y modelación como lo es la Realidad Virtual, la cual ha proporcionado un mejor entendimiento de un fenómeno o hecho real mediante su simulación tridimensional e interacción con equipo especializado.

Desde hace muchos años (en particular desde los 60's) el desarrollo de esta tecnología era exclusiva de centros de investigación y a partir de los años 90 la realidad virtual irrumpe el mercado poniendo a disposición de cualquier usuario dicha tecnología aun incipiente pero con un horizonte impresionante de desarrollo.

En este reporte se describen los conceptos y elementos que componen esta tecnología, así como una serie de aplicaciones que se desarrollan actualmente en Centros de Investigación y Universidades de distintos lugares del mundo.



II. FUNDAMENTOS DE REALIDAD VIRTUAL

II.1 Definición de realidad virtual

La realidad virtual (RV) es una simulación tridimensional generada o asistida comunmente por computadora de algún aspecto del mundo real o ficticio, en el cual el usuario tiene la sensación de pertenecer a ese ambiente sintético o interactuar con él. La RV permite interactuar con mundos tridimensionales de una manera más natural, por ejemplo, un usuario puede realizar acciones dentro de un modelo virtual, desplazarse, moverse, caminar a través de él o levantar cosas, y de esta forma experimentar situaciones que se asemejan al mundo real.

La Enciclopedia Británica la define como: La utilización de la modelación y simulación que habilitan a la persona a interactuar con una visión tridimensional o através de sensores ambientales. De tal forma que las aplicaciones inmergen o emergen al individuo en ambientes generados por computadora que simulan la realidad através del uso interactivo de estos dispositivos, los cuales envian y reciben información.

Este término también es usado para llamar una rama de las ciencias de la computación que involucra al desarrollo de tales sistemas.

Para la real Academia Española no existe una definición única pero esta puede darse ubicando las palabras en cuestión: Por Realidad se entiende a la existencia real y efectiva de una cosa |, 2. La verdad, lo que es efectivo o tiene valor práctico, en contraposición con lo fantástico e ilusorio. Y para la palabra virtual tenemos: ( del latin virtus, fuerza, virtud ) adj. Que tiene virtud para producir un efecto, aunque no lo produce de presente. Frecuentemente en oposición afectivo o real. || (2) Implícito, tácito || (3) Fís. Que tiene existencia aparente y no real, por ejemplo un foco tiene un imagen virtual, en mecánica existe la velocidad virtual.: Virtualidad es una cualidad de Virtual: Virtualmente adv. De un modo virtual en potencia, Casi a punto de, en la práctica, en la realidad.

Entonces con el sólo hecho de entender los dos términos se puede tener una comprensión total del término Realidad Virtual.

Una de las principales aplicaciones se da en el área de entrenamiento o capacitación, donde el usuario tiene la oportunidad de poder trabajar en ambientes virtuales sin tener que ponerse en peligro o pagar un alto costo para adquirir cierta experiencia en un área determinada, además la RV se puede utilizar para elaborar prototipos de productos, ( simuladores de vuelo ) simulaciones de vuelo, educación médica ( simulación quirúrgica, entrenamiento, simulaciones para tratamientos psiquiátricos), visualización de datos (como la modelación de moléculas), entre otras.

Se destacan tres características idóneas de la RV:

* Es un ambiente tridimensional generado por computadora.
* Es interactiva.
* Es inmersiva, es decir, el usuario se siente parte del ambiente virtual


II.2 Modelo genérico de un sistema de realidad virtual.

Las partes básicas de un sistema de realidad virtual son: el modelo de simulación, la representación del ambiente virtual, la entrada/salida y por supuesto el usuario (Ver figura 1).

Tecnologías de Realidad Virtual - Monografía


Figura 1. Modelo genérico de un ambiente virtual



II.2.1 Modelo de simulación.

El modelo es la representación matemática del sistema que se está presentando. Un modelo virtual necesita responder dinámicamente en respuesta de la entrada del usuario. Se pueden crear modelos matemáticos sofisticados de realidad virtual, pero lo importante es la manera en que estos modelos están asociados con un sistema visual y auditivo.

Entrada

Los dispositivos de entrada se utilizan para interactuar con el ambiente virtual como puede ser el teclado o el mouse, un joystick o guantes, pedales, etc. Algunos de estos dispositivos se discutirán en la sección III de este documento.

Salida

La salida se refiere a la tecnología mediante la cual el usuario percibe estímulos, esta tecnología abarca un amplio rango y va desde aparatos de despliegue visual, sistemas sonoros, sistemas sensoriales, entre otros. Estos dispositivos también serán discutidos posteriormente en este documento en su sección III.

Usuario

El usuario es la razón de existir de un sistema de realidad virtual pues es él quien recibe los estímulos de parte del sistema y a su vez se encarga de retroalimentarlo y definir su comportamiento.


II.3 Tipos de realidad virtual

Existen diferentes tipos de realidad virtual, los cuales se describen brevemente a continuación:

Sistemas inmersivos

Los sistemas inmersivos son aquellos sistemas donde el usuario se siente dentro del mundo virtual que esta explorando. Este tipo de sistemas utiliza diferentes dispositivos denominados accesorios, como pueden ser guantes, trajes especiales, visores o cascos, estos últimos le permiten al usuario visualizar los mundos a través de ellos, y precisamente estos son el principal elemento que lo hacen sentirse inmerso dentro de estos mundos. Este tipo de sistemas son ideales para aplicaciones de entrenamiento o capacitación.

Sistemas semi-inmersivos

Los sistemas semi-inmersivos o inmersivos de proyección se caracterizan por ser 4 pantallas en forma de cubo ( tres pantallas forman las paredes y una el piso), las cuales rodean al observador, el usuario usa lentes y un dispositivo de seguimiento de movimientos de la cabeza, de esta manera al moverse el usuario las proyecciones perspectivas son calculadas por el motor de RV para cada pared y se despliegan en proyectores que están conectados a la computadora. Este tipo de sistemas son usados principalmente para visualizaciones dondese requiere que el usuario se mantenga en contacto con elementos del mundo real.

Sistemas no inmersivos

Los sistemas no inmersivos o de escritorio, son aquellos donde el monitor es la ventana hacia el mundo virtual y la interacción es por medio del teclado, micrófono, mouse o joystick, este tipo de sistemas son idóneas para visualizaciones científicas, también son usadas como medio de entretenimiento (como son los casos de los juegos de arcada) y aunque no ofrecen una total inmersión son una buena alternativa de bajo costo.


II.4 Evolución

Generalmente, se ve a la realidad virtual como una tecnología nueva, sin embargo, sus bases, es decir sus orígenes se remontan a los años 60's cuando emergen los primeros simuladores de vuelo construidos para la fuerza aérea estadounidense, donde los estudiantes de piloto aprendían a manejar aviones entrenando en cabinas aéreas montadas en plataformas movibles las cuales subían, bajaban o movían hacia los lados dependiendo de las acciones que el piloto realizara sobre los controles.

Otro importante concepto fue el "Sensorama" na máquina de arcada creada or Morton Heiling en 1962, esta máquina simulaba las experiencias sensoriales de un paseo en motocicleta, al combinar imágenes, sonido, viento y aromas. En esta experiencia el usuario subía en el asiento de una motocicleta, tomaba los manubrios y usaba un visor parecido a unos binoculares donde podía pasear por dunas en California o las calles de Brookly, y donde unos pequeños 'grills' cerca de la nariz del usuario emitían aromas auténticos. Sin embargo, este proyecto era sumamente complejo y nunca se logró materializar versiones mas sencillas de éste.

Otro precursor dentro del área fue Ivan Sutherland, quién en 1965, publicó un artículo denominado "The Ultimate Display", donde sentó las bases del concepto de realidad virtual, Sutherland estipulaba "La pantalla es una ventana a través de la cual uno ve un mundo virtual. El desafío es hacer que ese mundo se vea real, actúe real, suene real, se sienta real". Posteriormente en 1966, el mismo Sutherland creó un casco visor de realidad virtual al montar tubos de rayos catódicos en un armazón de alambre, este instrumento fue llamado "Espada de Damocles" debido a que el aparato requería de un sistema de apoyo que pendía del techo. En 1972 se desarrolló el primer simulador de vuelo computarizado, el cual fue importante para el despegue de la realidad virtual.

La era de la realidad virtual inicia en los 80's, cuando la NASA inició con el sistema de imágenes generadas por computadora, y así a principios de los 80's Jaron Lanier acuñó la expresión "Realidad Artificial", también tomó parte en el desarrollo de guantes y visores. En 1985 fue construido el primer sistema práctico de visores estereoscópicos para la NASA.

En 1989 el Departamento de defensa de los E.U crea a Simnet ( Simulador de Red ), una red experimental de estaciones de trabajo basadas en microprocesadores que habilitaban al personal a prácticas de operaciones de combate interactivamente en sistema de entrenamiento de tiempo real. De hecho este sistema se uso para entrenar al ejército en la Guerra del Golfo Pérsico en 199

En los últimos años la realidad virtual se ha enfocado a los sistemas no inmersivos donde el usuario tiene la posibilidad de desarrollar aplicaciones de RV de bajo costo y de manera accesible. De aquí surge el concepto de VRML en 1992 propuesto por Mark Pesce y Toni Parisi.


III. TECNOLOGIA DE REALIDAD VIRTUAL

La tecnología de un sistema de realidad virtual trata sobre algo mas que los dispositivos físicos que se utilizan para la visualización, interacción o retroalimentación de este tipo de sistemas, también incluye el software o programas que se utilizan para la modelación de este tipo de sistemas. Ambos elementos, se complementan uno con el otro, el hardware se encarga no solo de mandar señales al usuario sino también de recibir señales por parte de éste, el software es el encargado de procesarlas y transformarlas en un nuevo comportamiento del mundo virtual. En las secciones subsecuentes se describe tanto el hardware como el software de una manera mas detallada.


III.1 Hardware

El hardware consiste de dispositivos físicos que forman parte de un sistema de RV y son los que estimulan al usuario en distintas maneras. Estos estímulos son los que le permiten alimentar los sentidos del usuario, y así, inducirlo a un mundo creado para él.


Existen diferentes tipos de dispositivos como los de entrada, los cuales son dispositivos visuales, de sonido, la máquina de realidad (reality engine) y de salida como los dispositivos hápticos 1. Ambos tipos de dispositivos se describen brevemente a continuación.


III.1.1 Máquina de realidad

La máquina de realidad se refiere al hardware que nos permite generar modelos virtuales, este hardware puede ser desde una simple PC, hasta estaciones de trabajo diseñadas especialmente para tratar con este tipo de tareas, como por ejemplo la familia de estaciones de trabajo y sistemas Onyx2 como son Onyx2Reality visualization u Onyx2 RealityMonster de Silicon Graphics. Estas máquinas se encargan de realizar todo el proceso de trazado de las imágenes.



III.1.2 Dispositivos visuales

Cuando se escucha hablar sobre realidad virtual generalmente, lo primero que viene a la mente es una persona usando unos lentes o un casco y visualizando algún modelo virtual. Los dispositivos visuales son una de las herramientas más importantes de retroalimentación para el usuario, en la mayoría de los casos es la entrada primaria que este recibe del sistema de RV.


Uno de los principales consideraciones en este tipo de dispositivos es el detalle de los imágenes contra la rapidez en la formación de las imágenes que forman las escenas, además de una visión monoscópica contra una estereoscópica. La formación de escenas en tiempo real le dan un sentido de realidad al usuario al eliminar la discontinuidad.


* Lentes LCD resplandecientes
Los lentes resplandecientes de despliegue de cristal líquido tienen la apariencia de un par de anteojos, donde un fotosensor es montado en estos lentes para así poder leer una señal de la computadora. Esta señal le comunica a los anteojos si le permite al lente pasar luz del lado izquierdo o derecho del lente. Cuando la luz se le permite pasar a través del lente izquierdo, la pantalla de la computadora mostrará el lado izquierdo de la escena, lo cual corresponde a lo que el usuario verá a través de su ojo izquierdo. Cuando la luz pasa a través del lente derecho, la escena en la pantalla de la computadora es una versión ligeramente deslizada hacia la derecha. Los lentes de LCD resplandecientes son ligeros y sin cables. Estas dos características los hacen fáciles de usar, sin embargo, el usuario tiene que mirar fijamente y solo a la pantalla de la computadora para ver la escena tridimensional, ya que el campo de vista es limitado al tamaño de la pantalla de la computadora, el medio ambiente real puede también ser visto lo cual no proporciona un efecto de inmersión.

realidad



* Despliegues montados en la cabeza (Head-Mounted Display)
Los despliegues montados en la cabeza(HMD por sus siglas en inglés) colocan una pantalla en frente de cada ojo del individuo todo el tiempo. El casco que usa el usuario tiene unos sensores montados en él, los cuales le permiten reconocer el movimiento de la cabeza por lo que una nueva perspectiva de la escena es generada (ver foto).

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* Despliegue HMD con LCD
En este tipo de despliegues se utiliza la tecnología de LCD para desplegar las escenas. Este tipo de despliegues es más claro con respecto a los otros tipos de HMDs, y proporciona un efecto de inmersión, sin embargo, la resolución y el contraste es bajo, debido a que los cristales son polarizados para controlar el color de un pixel lo cual crea un retardo en la formación de la imagen, esto trae como consecuencia que el individuo no pueda identificar objetos o juzgar correctamente la posición de éstos provocando un retardo en la formación de la imagen, por lo que el individuo puede juzgar mal la posición de los objetos.

* HMD proyectado
En este tipo de casco se utiliza la fibra óptica para transmitir la escena a la pantalla. Esta es similar a la CRT con la diferencia de que el fósforo es iluminado por la luz transmitida a través de la fibra óptica, donde cada fibra controla una celda con varios pixeles. El casco proyectado proporciona mejor resolución y contraste que el despliegue de LCD, esto significa que el individuo es capaz de ver una imagen con mucho mayor detalle. La desventaja de este tipo de dispositivos es que es caro y complicado de fabricar.

* HMD con CRT pequeño
Este casco utiliza dos tubos de rayos catódicos(CRT) que se posicionan en el lado del casco. Se utilizan espejos para reflejar la escena al ojo del individuo. Una diferencia con el casco proyectado es que en este tipo de casco el fósforo es iluminado por cables de fibras ópticas, aquí el fósforo es iluminado por un rayo de electrones. El casco con CRT es muy similar al casco proyectado, sin embargo, este tipo de casco es mas pesado que la mayoria de los otros tipos de casco debido a los componentes electrónicos que le son agregados lo que tambien conlleva a la generación de grandes cantidades de calor lo cual puede hacer que el individuo que usa este tipo de dispositivo se sienta incómodo debido al peso y el calor.

* Monitor Omni-direccional Binocular
El monitor Omni-direccional binocular(Binocular Omni-Orientation Monitor-BOOM) es montado sobre un brazo mecánico articulado con sensores de posicionamiento localizados en las articulaciones. Un contrapeso es usado para estabilizar el monitor. Para ver el ambiente virtual, el usuario debe sostener el monitor y posicionarse enfrente de este, entonces la computadora generará una escena de acuerdo a la posición y orientación de las articulaciones del brazo. Al no tener el usuario que ponerse un despliegue BOOM como sucede con los HMD el paso entre el mundo virtual y el real es solo de mover los ojos lejos del BOOM (ver foto).

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III.1.3 Dispositivos sonoros

La utilización de sonido provee un canal de comunicación muy importante dentro de los sistemas de realidad virtual puesto que el sistema auditivo es uno de nuestros componentes perceptuales más importantes, y "Ha sido demostrado que usar sonido para proporcionar información alternativa o suplementaria a un usuario de computadora puede grandemente aumentar la cantidad de información que ellos pueden ingerir"[3]. El sonido estéreo convencional fácilmente puede poner un sonido en cualquier lugar entre el lado izquierdo y el derecho. Sin embargo, con el sonido 3D, puede ser colocado en cualquier lugar, ya sea en el lado izquierdo, derecho, arriba, abajo, cerca o lejos.


* Sonido 3D
Además de una composición visual, un mundo virtual válido de experimentarse debe incorporar un campo de sonido tridimensional que proporcione al usuario una imagen fidedigna de las condiciones que se desean presentar en el ambiente virtual que se este experimentando. El tener un campo de sonido que reaccione al ambiente(como el reflejo del sonido en paredes, tener múltiples fuentes de sonidos, ruido de fondo, etc.) requiere de un gran poder de cómputo puesto que para tener una buena simulación de un ambiente virtual una computadora debe determinar la posición de la fuente relativa al oyente, calcular los efectos del ambiente (como por ejemplo un eco en la pared). El problema de producir un sonido es que no se puede repetir el sonido previamente grabado de manera que el sonido se escuche detrás del usuario cuando este gira su cabeza.
Para crear un campo de sonido tridimensional se produce sonido que es sintonizado a la cabeza de un individuo. Cuando el sonido alcanza el oído externo, este dobla al frente de la onda del sonido y conduce este al canal del oído. El sonido que realmente alcanza el tambor del oído es diferente para cada persona. Para resolver este problema, la computadora debe crear un sonido que sea diseñado para adecuarse a un usuario en particular. Esto se logra al colocar un micrófono pequeño dentro del canal del oído, para crear sonidos de referencia de varias ubicaciones alrededor del oyente. Entonces se resuelve algunas relaciones matemáticas que describen como el sonido cambia dentro del canal del oído. Estas relaciones matemáticas son llamadas Funciones de Transferencia Relacionadas(HRTFs por sus siglas en inglés). Sin embargo, para evitar estos cálculos también se puede optar por utilizar HRTFs que son comunes a la mayoría de las personas.

* Sonido realista
El sonido de fondo es importante para la persona que desea entrar a un mundo creíble. Como el ruido es de fondo no se necesita utilizar la tecnología del sonido 3D, algunos investigadores sugieren el uso de sonidos pregrabados así que el poder de cómputo se dedica a determinar la posición y dirección de la fuente. El problema con los sonidos es que cuando el usuario se da la vuelta, los sonidos que estaban detrás de el deberían estar ahora frente a él. Sin embargo, con métodos de pregrabar/repetir, los sonidos que estaban detrás del individuo están todavía detrás de él aunque este se haya dado la vuelta.



III.1.4 Dispositivos hápticos

Según Ivan Sutherland "el sentido humano kinestésico es como otro canal independiente al cerebro, un canal cuya información es asimilada de una manera bastante subconciente"[8].Háptica es el estudio de cómo utilizar el sentido del tacto en un mundo generado por computadora. El estimular el sentido del tacto, como permitir al usuario "tocar" objetos de manera que pueda sentir la forma, textura, temperatura, firmeza y fuerza de éstos, puede agregar un buen nivel de realismo al ambiente virtual.
Existen dos subáreas en las que se divide la háptica para su mejor investigación: la retroalimentación de fuerza (kinestética) y la retroalimentación táctil, la primera trata sobre como el usuario aplica fuerzas en músculos y tendones por medio de dispositivos que lo hacen sentir las condiciones correspondientes al ambiente virtual que está experimentando, por ejemplo, el usuario debe chocar con una pared en vez de pasar a través de ella; la segunda subárea se enfoca a los nervios terminales de la piel y como perciben el contacto con un objeto al sentir las caracteristicas de éste como su temperatura, tamaño, forma, firmeza, textura entre otras.


* Plataformas en movimiento
La plataforma de movimiento nació junto con los simuladores de vuelo, éstas plataformas se mueven hacia los lados o se inclinan hacia enfrente o atrás de acuerdo a las imágenes que el individuo está percibiendo, esto le da la sensación de que realmente se está moviendo (ver foto).

RV



* Guantes
El uso de guantes es común como un medio de interacción con objetos en un mundo virtual, éstos guantes están diseñados especialmente para proveer al individuo retroalimentación sobre las características de los objetos, los guantes tienen pistones neumáticos montados sobre la palma del guante, de esta forma cuando un objeto es colocado virtualmente en la palma de la mano la mano verdadera puede cerrarse alrededor del objeto virtual, cuando esta se encuentre al objeto, la presión en el guante aumentará dando la sensación de resistencia del objeto virtual.

Monografía


* Mayordomos
El mayordomo es un robot que se encarga de poner un objeto real donde se supone que el objeto virtual se encuentra, es decir, si el individuo toca virtualmente un escritorio, el mayordomo pondrá un objeto al alcance del individuo, para que se tope con el objeto y se de la sensación de toparse realmente con un escritorio. Un inconveniente de este tipo de robots es que solo puede hacer su trabajo para un objeto a la vez.

III.2 Software

Existen diferentes programas para el desarrollo de simulaciones de mundos virtuales los cuales se pueden considerar dentro de dos categorías:

• Herramienta de autoría de mundos virtuales
• Un API de realidad virtual

APIs de realidad virtual

* Dive por SICS
IVE(Ambiente virtual interactivo distribuido) es un sistema de RV el cual ha ganado un fuerte uso particularmente entre la investigación de realidad virtual distribuida. DIVE actualmente se ofrece solamente para UNIX es un sistema no comercial que puede ser obtenido gratuitamente con el código fuente, lo cual lo ha convertido en una opción popular entre los investigadores que lo pueden adaptar a sus necesidades. El visualizador o graficador(rendering engine) usado en DIVE esta enfocado básicamente para realidad virtual de escritorio. Soporta periféricos de E/S tales como HMDs y guantes.


* dVS por Division Ltd.
VS es un producto enfocado a la simplificación del diseño y desarrollo de ambientes virtuales interactivos y de multi-usuarios. dVS se propone como un sistema operativo de realidad virtual que provee servicio tales como despliegues visuales, salida de audio, sistemas de posicionamiento y dispositivos de entrada en un nivel abstracto. Una de las ventajas de dVS es que es independiente de plataformas permitiendo a los desarrolladores de RV portar sus aplicaciones entre diversos ambientes.


* Render Ware por Criterion Software
RenderWare es un API portable para un número de plataformas, principalmente Windows, Macintosh y X-Windows. RenderWare esta dirigido al desarrollo de juegos que ofrece un mapeo de texturas de gran velocidad con un buen soporte multiplataformas. Este API ha ganado un buen soporte de los desarrolladores y se ha establecido como un excelente graficador (graphics engine).


* 3DR por Intel
DR es una biblioteca gráfica para PC producida por Intel que permite aplicaciones gráficas a alta velocidad en tiempo real, para desarrollar en ambientes de windows (NT, 95). 3DR también está disponible con el SDK y hace un buen uso del hardware disponible y de las tarjetas gráficas avanzadas. 3DR puede importar objetos de 3D Studio.


* World Toolkit por Sense8
World ToolKit(WTK) es un API 3D comercial que consiste de un conjunto de rutinas en C (Aprox. 400) que permite a los desarrolladores contruir simulaciones 3D y aplicaciones RV. WTK provee de soporte a una gran variedad de hardware incluyendo varias formas de dispositivos de E/S tales como HMDs y dispositivos de seis grados de libertad. WTK está disponible en un número de plataformas incluyendo PC, aunque su plataforma primaria esta basada en máquinas basadas en UNIX que usan ya sea OpenGL o SGI Performer.


* Vega por Paradigm Simulations
Esta herramienta fue desarrollada para programadores y no programadores, combina herramientas faciles de usar que permiten la creacion de prototipos y permite la realización de complicadas simulaciones. Además de incluir herramientas para la construcción, edición y ejecución de aplicaciones sofisticadas. El API que se incluye puede accesar a lenguajes como Performer, IrisGL y OpenGL. Soporta sistemas de un solo procesador, multiprocesadores/multi-canales.


* VRML
El lenguaje de modelado de realidad virtual (VRML por sus siglas en inglés) es un estandar para el manejo de escenas tridimensionales dentro de Internet que permite la interacción con el usuario. Con VRML se puede realizar modelación de objetos, permitiendo darles forma, color, movimiento o comportamiento. Este lenguaje permite la incorporación de pequeños programas en Java o JavaScript lo que le permite agregarle lógica y sentido a los modelos.


* Lenguajes de alto nivel
También los lenguajes de alto nivel pueden ser usados para desarrollar aplicaciones de RV, como son C, C++, Java3D, OpenInventor, entre otros.


Programas de Autoría

* Superscape VRT por Superscape VR plc.
Superscape es un sistema de autoría de realidad virtual para PC. Consiste de un Visualizador en su nivel más bajo el cual es la aplicación que se usa para explorar mundos virtuales. Para poder crear nuevos mundos se requiere de Superscape VRT (o herramienta de desarrollo de realidad virtual) el cual incluye el visualizador y un número de editores como son el editor de formas, de sonido, texturas, entre otros.

* dVISE por Division Ltd.
dVISE es una herramienta de autoría dirigido a los no programadores lo que le permite una fácil creación de mundos virtuales sin ningún conocimiento de programación. DVISE acepta modelos de varias fuentes como AutoCAD, 3D Studio, Wavefront, ModelGen, y cualquier sistema que pueda producir archivos .DXF estándares.

* Meme por Immersive Systems, Inc.
Meme es un paquete de software para el desarrollo de aplicaciones multi-usuarios distribuidas. Esta diseñada con portabilidad en la mente para permitir que un mundo virtual pueda ser visitado por varios usuarios distribuidos geográficamente, posiblemente usando diferentes tipos de hardware. Meme provee de una funcionalidad similar a la de dVS en el sentido de que se comporta como una especie de sistema operativo virtual que provee al programador con funciones del sistema adicionales específicamente para realidad virtual. Meme incorpora un lenguaje intérprete para la definición y control de un ambiente virtual.

* VRCreator por VREAM Inc.
VRCreator es un ambiente virtual dirigido a programadores y no programadores. Permite al usuario construir aplicaciones de VR poderosas que corren bajo Windows NT y 95. Para programadores, VRCreator incluye accesso a su API permitiendo el uso completo de sus capacidades. VRCreator provee soporte para interacción sofisticada permitiendo que a los objetos se les de un rango amplio de atributos dinámicos. El soporte para importar desde varios tipos de archivos como 3D Studio y DXF de AutoCAD es permitido, incluyendo la habilidad de exportar a VRML.

* COVISE/COVER High Performance Computing Center
Es un software de ambiente distribuido que permite la integración casi de forma transparente de simulaciones basadas en supercomputadoras y visualización colaborativa. Este software permite que varios usuarios trabajen colaborativamente en una sesión sincronizada. Las aplicaciones de COVISE puede contener varias tareas modeladas como procesos que se distribuyen a través de diferentes máquinas. COVER( o COVISE Virtual Environment) es una parte integral de COVISE, y está desarrollado para el soporte de aplicaciones tanto técnicas como científicas.

* WorldUp Release 4 por Sense8
WorldUp es un software de desarrollo de interfaces que provee el ambiente para la construcción de aplicaciones tridimensionales y de realidad virtual. Esta construido bajo los fundamentos de la EAI(Interfaz de autoría externa por sus siglas en inglés) de WorldToolKit. WorldUp provee funcionalidad en tiempo real en un ambiente orientado a objetos.


IV. APLICACIONES DE REALIDAD VIRTUAL

En un principio la realidad virtual fue usada en su mayoría para aplicaciones militares o incluso de entretenimiento, sin embargo, en los últimos años se han diversificado las áreas en que se utiliza. En las secciones anteriores, se mencionó los diferentes tipos de realidad virtual y sus áreas de ingerencia, aquí se explora más a fondo los distintos proyectos que existen relacionadas con esta tecnología. Se describirán proyectos de distintos tipos: visualización -una de las facetas más fascinantes de la realidad virtual-, manipulación de robots, medicina, entre otros.

IV.1 Realidad Virtual en la Física
Dentro del área de la física existen proyectos con distintos enfoques, aquí se describe una aplicación muy común: la visualización de fluídos de partículas.

Tecnologías de Realidad Virtual - Monografía

Visualización de fluídos de partículas
Una aplicación en el área de visualización es el fluído de partículas. Existen proyectos que modelan este tipo de fenómenos, donde el propósito principal es el fácil análisis de una gran cantidad de datos que facilitan el estudio de los modelos. Se cuenta con una herramienta auxiliar que permite visualizar modelos complicados de interpretar si solo se analizan tal cual. Este proyecto corresponde a un tipo de realidad no inmersiva.



IV.2 Realidad virtual en la Ingeniería
Dentro de las áreas de ingeniería hay proyectos de manipulación remota como lo son la manipulación de robots, o procesos de ensamblado, tambien existen áreas dedicadas al desarrollo de prototipos virtuales. Todas estas aplicaciones facilitan la automatización dentro de diferentes áreas.

Proceso de ensamblado
Cuando se tiene un proceso de ensamblado de algún producto se presentan distintos acontecimientos como puede ser las deformaciones de plástico, fricción externa, fenómeno termal, absorción, y factores como el desgaste de herramientas, ocasionando errores de dimensión y forma. Si se tiene información adicional sobre el efecto de los parámetros antes mencionados sobre la variación en los valores de tolerancia y dimensión se puede desarrollar mecanismos para el ensamblado automático. Usando un modelo de elementos finitos se puede visualizar las fuerzas que actuan en el proceso de manufactura y la deformación del equipo bajo la acción de estos fuerzas. Si se tiene un ingeniero en diseño y manufactura que pueda observar el ensamblado de una de las partes por medio de la computadora y dispositivos especiales, puede sugerir cambios en la tolerancia de los valores basandose en las condiciones de las máquinas, herramientas, fisuras y requerimientos de diseño. Un tipo de aplicación como ésta puede permitir obtener un configuración de ensamblado óptimo para satisfacer los requerimientos funcionales, por lo que, es un tipo de herramienta efectiva para el proceso de toma de decisiones. Este tipo de proyectos son totalmente inmersivos.

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Manipulación remota de robots
Es claro que los robots dan una gran aportación a los procesos de ensamblado de la industria. El agregar la característica de manipulación desde un lugar remoto abre las posibilidades para el mejoramiento de este tipo de procesos, puesto que se puede tener un robot que realice proceso definidos y donde su manipulación sea dada desde un lugar distinto de donde se encuentra físicamente. Las aplicaciones forman parte un nuevo enfoque del manejo de procesos y refleja las nuevas tendencias actuales, donde los lugares se vuelven más cercanos y la distancia deja de ser un factor a considerar. Éste proyecto es un tipo de realidad inmersiva.

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Prototipos virtuales
Una de las áreas en las que este tipo de aplicaciones tiene gran auge es la de la Ingeniería, aquí, el diseño de prototipos es combinado con un modelado virtual de estos permitiendo al diseñador jugar un rol activo en el detallado del diseño y la optimización del proceso. Las técnicas de realidad virtual permiten generar ambientes computarizados para que el diseñador investigue y pruebe múltiples cambios a sus diseños que esta realizando mientras observa y manipula objetos virtuales al usar movimientos humanos naturales. Los diseños interactivos permiten cambiar los parametros de diseño e inmediatamente determinar el efecto de los cambios.


* Prototipos de diseño de dispositivos de control de polución
Existen compañías que utilizan la realidad virtual como una herramienta en el diseño de dispositivos de control de polución y de calderas. De esta forma, la compañía puede garantizar el funcionamiento de sus productos incluso antes de haberlos construido. Trabajando con las especificaciones de los productos, se modelan nuevas calderas y se simula su temperatura, dirección y velocidad de consumo(burning) de los gases. De esta forma, al realizar distintos experimentos con la colocación de los inyectores y otras características físicas se crea el mejor sistema controlador de polución para la caldera y se integra dentro del diseño antes de que la caldera sea contruida.
Antes de la realidad virtual se utilizaban modelos computacionales estadísticos que tomaban semanas para calcular. Con este proceso, se puede completar el analisis en un día o menos incluso con mayor exactitud.



IV.3 Realidad virtual en Ciencias de la Tierra
Dentro del área de Ciencias de la Tierra se realizan proyectos para algunas de las áreas de aplicación, como lo es la visualización de fenómenos volcánicos o la modelación de relieves topográficos.



Visualización de fenómenos volcánicos
Sin duda, el riesgo de potenciales erupciones volcánicas es un problema que se tiene en todo el mundo. Las simulaciones de fenómenos volcánicos permiten analizar la pérdida de vida y la destrucción de la infraestructura. Los modelos de flujos permiten estimar los movimientos de materiales volcánicos dentro y sobre la superficie. Este tipo de aplicaciones permite el entendimiento de los peligros de estos fenómenos antes de que sucedan, además, del desarrollo de mapas de riesgo, asistencia en crisis y reconstrucción post-crisis. La Universidad de Buffalo, desarrolló un sistema de visualización de estos fenómenos, el cual es utilizado para el análisis de varios tipos de flujos que van desde lava de movimiento lento y flujos saturados, que le permitirá a oficiales públicos, científicos y la población en general entender el efecto de varios fenómenos volcánicos y sus áreas locales y diseñar planes apropiados de migración. Cabe destacar que se han escogido tres volcanes en México para desarrollar y probar los modelos científicos de este estudio, estos son el Popocatepetl, Colima y Pico de Orizaba interactuando con vulcanólogos de la UNAM. Este tipo de aplicación corresponde a la categoría de realidad virtual no inmersiva.

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Modelado de relieves topográficos
El modelado de relieves topográficos es una herramienta que aunada a las técnicas ya utilizadas, ayuda en el análisis de terrenos. En CICESE se ha incursionado en esta área, al incorporar el modelado virtual del relieve topográfico del Campus a un Proyecto Ecológico de Crecimiento Armónico, donde además de contarse con fotos de las distintas divisiones del campus, se tiene el modelo virtual como una ayuda para la fácil planeación y localización de los cambios que se incorporen al campus.

RV


Monografía


IV.4 Realidad Virtual en la Oceanología
Utilizando la realidad virtual en proyectos de oceanología se puede visualizar una estructura tridimensional de la superificie del oceáno, donde se puede modelar por ejemplo el comportamiento de larvas, tener una simulación de cómo el viento afecta las olas, u observar fenómenos como los de El Niño o La Niña, observando temperaturas , dirección de vientos o velocidad.

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IV Realidad virtual en la Medicina
La medicina es uno de los campos más importantes para las aplicaciones de realidad virtual. Así como la medicina cuenta con una basta diversidad de áreas de estudio, de igual manera la realidad virtual se aplica para una diversidad de disciplinas. Aquí se presentan dos tipos de proyectos que dan una buena idea de las aplicaciones dentro del área. Estas aplicaciones corresponden al tipo de realidad virtual inmersiva.

Realidad virtual en la Psicología
El tratamiento de fobias juega un lugar muy importante dentro de la disciplina de la psicología, cada año millones de personas acuden a psicológos para el tratamiento de fobias que van desde miedo a las alturas, a volar, a las arañas, claustrofobia, miedo a manejar, etc. La incorporación de la realidad virtual a los tratamientos ya establecidos beneficia y agiliza en gran parte el proceso de superación, puesto que el tener modelos virtuales(como por ejemplo modelos de elevadores, simulación de vuelos, entre otros) aumenta la confianza y seguridad del paciente, puesto que el sabe que mientras pruebe este tipo de modelos nunca se encontrará realmente en peligro, además el paciente se siente más tranquilo al saber que al encontrarse en un ambiente virtual puede parar cuando éste lo desee. Además, el paciente puede visualizar mejor su problema y por consecuencia, el psiquiatra puede observar lo mismo que el paciente esta percibiendo, llevando a un tratamiento más enfocado.
Este tipo de aplicaciones muestra un futuro promisorio para este tipo de tratamientos.


Tratamiento para el bienestar de pacientes con cáncer
Otra de los tipos de aplicaciones en el área de la psicología es el tratamiento para el bienestar de pacientes con cáncer, donde pueden experimentar mundos virtuales sin que se les cause fátiga alguna o estrés adicional. Se espera que un bello escenario en conjunto con viento, sonidos, olores brinde a los pacientes una relajación y sentido de bienestar.


Simulación de Cirugías virtuales
Una aplicación más de la realidad virtual en la medicina son los proyectos de cirugías virtuales. La idea general es proveer al cirujano con una herramienta que le permita experimentar diferentes procedimientos quirúrgicos en un ambiente artificial. Las aplicaciones de éste tipo se puede utilizar tambien para el entrenamiento de estudiantes de medicina, donde ellos pueden realizar operaciones en modelos virtuales permitiendoles observar los resultados. Este tipo de simulaciones tridimensionales todavía se pueden perfeccionar, sin embargo, existen modelos que ya se están implementando actualmente.


IV6 Realidad Virtual en medios de comunicación
Los medios de comunicación, en particular la televisión, aprovechan la tecnología de realidad virtual. Se puede ver como las empresas toman ventaja de la RV para obtener mayor publicidad y estar tambien incorporando tecnología innovadora a sus transmisiones. Asi, en México, por ejemplo, se tienen empresas como Televisión Azteca, la cual en sus partidos de futbol, en determinados momentos, repite jugadas en forma tridimensional, reconstruidas en diferentes ángulos para su análisis, con lo cual obtienen la ventaja de tener las jugadas desde diferentes perspectivas que a veces pueden pasar desapercibidas por las propias cámaras de televisión. Otro de las empresas que toman ventaja de esta tecnología es Televisa, la cual ha incorporado personajes virtuales dentro de sus telenovelas y programas, éstos personajes virtuales interactuan con personas de carne y hueso. Además de lo anterior, algunas veces la realidad virtual tambien es usada para publicitar un programa de televisión, por ejemplo, en las páginas de web se ofrecen recorridos virtuales por algun programa popular.



IV7 Realidad virtual en el arte
El mundo del arte es y siempre ha sido importante para el ser humano y hoy en día en que la computación tiene una influencia en casi cualquier área de trabajo o de interés, la realidad virtual también se ha convertido en una herramienta para el campo de las artes. A continuación se describen algunas de las áreas de mayor influencia de la realidad virtual.


Realidad virtual en museos y planetarios
La realidad virtual juega un papel importante para el conocimiento, es utilizada por museos, planetarios y centros de ciencia. Estos centros realizan exposiciones virtuales donde se pueden hacer recorridos en templos antiguos, palacios, galaxias, aprender de diversas áreas de conocimiento, entre otras.
En algunos de los proyectos realizados en los centros, se experimenta con situaciones mas cotidianas o con las que los visitantes (principalmente los jovenes y niños) pueden identificarse, por ejemplo, se puede diseñar una montaña rusa(roller coaster) y posteriormente experimentar el viaje como si físicamente se estuviera en la montaña, así, mientras se disfruta del viaje se puede aprender de leyes de física.
Otro de los enfoques que se le da a la realidad virtual, es el de experimentar visitas virtuales a lugares o templos antiguos que por alguna razón no están disponibles al usuario (destrucción, restauración).
Muchas veces, los museos también cuentan con exposiciones virtuales (colecciones de arte, objetos históricos, etc) a través del web, con lo que abren la posibilidad de llevar cultura y conocimiento a personas que por alguna razón no puedan visitarlos físicamente, también amplian la percepción de otras culturas y/o formas de vida antiguas, al permitir los recorridos virtuales por lugares históricos.

tecnologías virtual

Realidad virtual en la arquitectura
La manera en que los arquitectos comunican sus ideas la mayor parte de tiempo es en forma visual, el utilizar alguna forma de visualización facilita la comprensión de información compleja y facilita la comunicación. Hoy en día, cada vez son más los arquitectos que utilizan a la realidad virtual como una herramienta más para participar a los demás de sus ideas y trabajos.
Algunos de los enfoques más comunes que los arquitectos dan al uso de realidad virtual es en el modelado virtual de sus diseños de casas y edificios, donde además de hacer los diseños tradicionales como planos y maquetas elaboran un modelo tridimensional interactivo, donde sus clientes pueden contemplar de una manera más "real" los diseños o inclusive adentrarse en estos edificios o casas y recorrerlos libremente, teniendo así una visión mas clara de las ideas que se tratan de expresar.
Además, existe un vínculo entre la arquitectura como tal y diseñadores urbanos, donde no solo se realizan los diseños de una casa o edificio, sino de un planeamiento más amplio como es el diseño zde una ciudad o una parte de ella. En este tipo de proyectos, la visualización va un poco mas lejos, se trata de planear con anticipación el crecimiento de una ciudad o una parte de ella, creando no solo edificios o avenidas con una belleza por si solas sino en armonia con la infraestructura ya existente.

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2 comentarios - Tecnologías de Realidad Virtual - Monografía

@dominanoctis Hace más de 1 año
Vil copia, mucho texto, sin imagenes, no dan ni ganas
@axelthera Hace más de 2 meses
esta geniall este post! +10 es lo que buscaba XD Graciass!