Realidad virtual: ¿en qué consiste la tecnología de inmersión?

Siguiendo lo que parece ser la norma de los avances tecnológicos, la realidad virtual (VR, por sus siglas en inglés) se presenta ante el público como un producto portátil, divertido y accesible. Por ejemplo, Google Cardboard sólo requiere del uso de tu celular y un visor hecho de cartón para funcionar. A su vez, HTC Vive, Oculus Rift, Project Morpheus y demás planean mejorar tu experiencia de entretenimiento, como con los videojuegos y el cine. Pero, ¿de dónde surgió esta tendencia?

La idea de interactuar en un entorno completamente virtual es antigua, simplemente no se tenían los recursos necesarios para llevar a cabo un planteamiento convincente. Quizá recuerdes a Virtual Boy, la apuesta que Nintendo lanzó en este campo en 1995. La fe de la compañía fue defraudada rotundamente: la consola es recordada como una de las peores en la historia. La inclinación comercial por este tipo de productos desapareció poco tiempo después.

Virtual Boy, un fracaso en el mercado, vía Wikimedia Commons

Ahora, 20 años después, el caso es muy diferente. Son varias las compañías (Facebook, Samsung, Sony, entre otras) las que han invertido millones de dólares en lo que aseguran es el siguiente paso de la comunicación humana. Para entender lo que ofrecen es importante saber cómo adoptan los conceptos de la realidad virtual sus respectivas propuestas.

Para ello revisaremos lo que necesita un dispositivo para poder crear una experiencia inmersiva de este tipo. También exploraremos sus distintos usos y alcance en áreas más allá del entretenimiento.

Definición de realidad virtual

De una forma simple y sencilla, el propósito de esta tecnología es engañar a la mente del usuario. ¿Cómo? Al presentar imágenes tridimensionales y permitir una interacción con ese entorno por medio de una computadora. Los seres humanos tenemos visión estereoscópica, es decir, que utilizamos ambos ojos para determinar visualmente lo que está frente a nosotros.

Basándose en este concepto, un producto de realidad virtual mostrará imágenes alteradas a cada ojo de tal manera que parecen ser tridimensionales en lugar de sólo dos dimensiones. Una vez que se haya encargado de la vista, considerado como el canal de percepción principal, se debe permitir una interacción con el entorno creado. Esto involucra la posición, el sonido e incluso el olor y tacto.

Dicha manipulación se logra rastreando tus movimientos y ajustando a ellos las imágenes, sonidos y otras variables. Este registro se concentra especialmente en los movimientos de tu cabeza, pues así se determina qué se mostrará a los ojos.

El monitor se ajusta a tus movimientos, vía Flickr

Se recrea un mundo totalmente nuevo. Se enfoca en generar un entorno completamente artificial donde aquél que lo utilice pueda interactuar en él en tiempo real.

Con esto en mente, se puede resumir el concepto de la siguiente manera: utilizar tecnología computacional para crear un mundo tridimensional que alguien pueda explorar y manipular a través del registro de sus movimientos. Entre más inmersiva sea la experiencia, es decir, entre más le parezca al usuario que realmente está en ese mundo, más se acerca al ideal de realidad virtual.

Error común: realidad virtual vs realidad aumentada

Existe una confusión frecuente entre estos dos conceptos. A pesar de que no son lo mismo, es muy común ver ambos términos usados como sinónimos.

Es cierto que comparten una gran número de características, más hay una diferencia clave. Mientras que en la tecnología de realidad virtual se concentra en una experiencia totalmente inmersiva, es decir, en crear un mundo virtual desde cero, la realidad aumentada deja al usuario seguir en su entorno original.

En estos casos los elementos generados digitalmente son, más bien, de apoyo para el mundo real. En otras palabras, no se busca inmersión total, sino interactuar con objetos virtuales “colocados” en el ambiente natural.

Su contraste se explica también con sus aplicaciones. La realidad virtual es ideal para un videojuego como Five Nights at Freddys 2, un juego de terror disponible en modalidad VR. El jugador no se percata del entorno físico en el que se encuentra, sino que presta toda su atención en lo que le muestra la pantalla.

Por otro lado, si lo que quieres es abrir un correo o realizar una video llamada mientras estás en el trabajo, la realidad aumentada presentará las opciones sin aislarte completamente de tu alrededor. El Microsoft HoloLens lo ejemplifica claramente.

Tecnología VR: lo básico

Para cumplir con las características que explicamos anteriormente, los sistemas de realidad virtual necesitan de al menos tres elementos. Se requiere de una computadora o aparato para ejecutar el programa, un casco o pantalla que se pueda montar y manipular de acuerdo a tus movimientos(o head-mounted set, HDM) y un instrumento para capturar las respuestas de tu cuerpo cuando sea pertinente.

La computadora generará el entorno con el que vas a interactuar, el cual es enviado como video al HDM. Éste puede ser desde un casco en sí o hasta tu smartphone. Lo importante es que la pantalla se ajuste siempre a donde estás viendo, mostrando el ambiente virtual.

Head-mounted display (HDM), vía Flickr

Muchas veces se tiene una pequeña pantalla, en caso de ser lentes o el casco, para cada ojo. Por medio de dos imágenes en 2D se crea una imagen tridimensional estereoscópica.

Imagen estereoscópica, vía Flickr

Otro factor importante es el número de cuadros por segundo (frames per second, fps) en los que se proyecta la imagen. El estándar para una proyección cinematográfica es de 24 fps y para los videojuegos se ha visto entre 30 y 60 fps. Sin embargo, esto no sería suficiente para el propósito de la inmersión total. Cualquier error sería percibido inmediatamente. Se ha considerado que el mínimo requerido es de 60 fps, aunque el Oculus Rift ofrece hasta 90 fps y Project Morpheus hasta 120 fps.

Los seis grados de libertad

El sentido al que más se presta atención en una experiencia de VR es al de la vista. Para tener un mejor resultado se debe tener una respuesta en tiempo real por parte de la pantalla. Si se está simulando estar en un campo al aire libre y volteas hacia arriba, esperas que el HMD muestre un cielo. El monitor despliega su contenido dependiendo de tus movimientos y la situación que está emulando. ¿Cómo se logra?

El registro de tus movimientos se hace basándose en el sistema de los seis grados de libertad (6DoF, por sus siglas en inglés). Un HMD tiene un sistema de rastreo para cada desplazamiento que se lleve a cabo. A partir de cada uno se genera una señal, la cual es captada e interpretada por un sensor. La información es enviada a la computadora, la cual ajusta la imagen del HMD.

Las señales son interpretadas de acuerdo a las maneras en que se puede mover un objeto en un espacio tridimensional. El sistem 6DoF indica que puede modificar su posición hacia el frente y atrás, arriba y abajo, derecha e izquierda. Estos movimientos se hacen en los ejes de x, y y z respecto a, en este caso, tu cabeza. También son conocidos como cabeceo (pitch), guiñada (yaw) y alabeo (roll).

Los seis grados de libertad, vía Wikimedia Commons

Un enemigo de estos sistemas de registro son la latencia. Ésta es un retraso entre la acción realizada y el tiempo en que se ve reflejada en el ambiente virtual. Por ejemplo, si volteas hacia “el cielo” y la imagen tarda un segundo más de lo que tomó hacer el movimiento, tienes latencia de un segundo. El asunto es muy sensible en sistemas de VR, pues el ojo humano puede detectar un retraso desde los 50 milisegundos en adelante.

Modalidades

Los principios son los mismos, pero la tecnología VR se puede aprovechara por medio de distintos métodos. A continuación revisaremos algunos ejemplos.

Head-mounted Display (HMD)

Es la manera más común: una computadora envía una señal a tu casco o lentes VR. La gran mayoría de los HDM tienen dos monitores, uno para cada ojo. Como hemos mencionado, “engañan” a tus ojos para que vean imágenes tridimensionales al modificar dos imágenes de sólo dos dimensiones. Te hace pensara que hay profundidad en lo que ves.

Durante mucho tiempo las pantallas utilizaban monitores de tubos de rayos catódicos (CRT), los cuales ofrecían una gran resolución. Sin embargo, su costo y tamaño lo hacen una opción cara e incómoda. A pesar de su mejor calidad de imagen, los displays de cristal líquido (LCD) son la norma. Se encuentran por menor precio y compactos, lo que mejora la inmersión del usuario.

HDM, vía Wikimedia Commons

Además de la vista, los HDM se encargan del sentido del oído por medio de audífonos o bocinas, dependiendo del aparato en cuestión. Un diseño de audio 3D mejora la fidelidad de la experiencia, ya que los sonidos se modifican de acuerdo a la posición y movimientos del usuario.

También se registran otros movimientos y comandos con diferentes dispositivos. Dependiendo de las capacidades del sistema, puede haber una palanca de mando (joystick), sensores externo, guantes, caminadoras, trajes, reconocimiento de voz, etc.

Cave Automatic Virtual Environment (CAVE)

Esta forma ha sido considerada como la más completa en esta área. Este entorno de realidad virtual inmersiva, o Cave Automatic Virtual Environment (CAVE), fue creado en la Universidad de Illinois, Chicago. Se logra con una proceso mucho más elaborado que con un HMD, ya que éste es sólo un componente del sistema.

Como con un head-mounted display, los CAVE pueden tener variaciones entre sí, pero sus componentes se pueden resumir así:

• Computadora
• Head-mounted Display
• Paredes para proyección trasera
• Proyección en el piso y/o techo
• Sensores en las paredes
• Diseño sonoro transmitido en altavoces
• Equipo para interacción

CAVE, vía Wikimedia Commons

Cada uno de estos elementos ayuda a generar un sentido de inmersión mucho mejor al que se presenta al utilizar solamente un HMD. Si observas los elementos, la mayoría se puede tomar como una extensión de una función ya existente en un HMD. Por ejemplo, las proyecciones son la mejor manera de mostrar imágenes; los altavoces son mucho más efectivos que los audífonos y permiten un diseño de audio 3D; los sensores y equipo para interacción registran tus movimientos y te dan mayor libertad.

La instalación debe ser en una habitación cuadrada donde se pueda proyectar en al menos tres paredes, aunque es posible hacerlo el piso y el techo. Comparado con las gafas del HMD, el campo de visión es mucho mayor, lo que hace más efectiva la inmersión e interactividad. Es importante destacar que las proyecciones son traseras, es decir, las paredes son pantallas con la proyección por detrás. De esto se encargan proyectores de alta resolución del otro lado de la pantalla.

Las imágenes desplegadas de forma estereoscópica se interpretan con el HMD, creando el efecto de profundidad. La computadora ajustará las proyecciones y el sonido de acuerdo a tus movimientos en la habitación.

Dispositivos de entrada

La interacción de un usuario en VR tiene distintas formas de llevarse a cabo. Los instrumentos utilizados dependen del sistema que se emplea. No hay reglas establecidas, por lo que el hardware puede ser desde un joystick hasta un traje completo.

Entre los dispositivos más comunes se encuentran:

Caminadora omnidireccional Virtuix Omni, vía Flickr

Usos

La realidad virtual tiene aplicaciones en distintas áreas. A pesar de su difusión como el nuevo medio de entretenimiento a seguir, su uso también se ve en campos como el ejército y medicina.

En el ejército

Como es costumbre, el ejército norteamericano tuvo su papel en el desarrollo de lo que percibió como una tecnología con potencial. La NASA y la CIA aportaron cientos de miles de dólares a la causa. La mayoría de sus avances se implementaron en simuladores para optimizar el entrenamiento de sus soldados. 

Los más utilizados son los simuladores de vuelo, ya que son un estándar para la Fuerza Aérea, la Marina y el Ejército. Con ellos se emulan las condiciones en las que se encontraría un piloto ya en vuelo. Los escenarios se pueden modificar para reproducir una situación sencilla como un aterrizaje, hasta más complicadas como una de combate, de emergencia o coordinación en grupo.

Simulador de vuelo, vía Wikimedia Commons

Se logra imitar los movimientos, giros y posiciones en vuelo gracias a un sistema hidráulico o una base móvil debajo de la cabina del piloto. Esto lo convierte en un sistema háptico, es decir, que se enfoca en el sentido del tacto. El sistema da retroalimentación al piloto de acuerdo a las acciones que lleva a cabo, como la posición, el manejo del joystick, etc.

Para los vehículos terrestres ocurre algo parecido al sistema CAVE. Con tres monitores y un par de joysticks se pueden “manejar” vehículos de infantería, de exploración y demás. También se pueden practicar misiones en grupos. Esto evita un costo que surgiría con el daño de los vehículos puestos en práctica.

Es posible practicar misiones en grupo, vía Wikimedia Commons

Videojuegos

Si eres gamer, te será fácil ver las posibilidades que plantea la realidad virtual para este mercado. Es común escuchar la expresión de “perderse en un juego”. Ahora esto se llevará al siguiente nivel. Sólo mira la propuesta THE VOID:

Una experiencia como THE VOID requiere de una inversión considerable, sin mencionar las instalaciones. Por fortuna, un jugador promedio tiene otras opciones. El equipo VR ya está disponible en el mercado y pronto tendremos acceso a las entregas más esperadas del año. Los juegos ahora serán más inmersivos e interactivos. Entre las consolas con más anticipación o popularidad se encuentran:

• Oculus Rift: comprado por Facebook a 2 mil millones de dólares

• PlayStation VR: a partir del Project Morpheus, de Sony

• HTC Vive: producto de una colaboración entre HTC y Valve

• Samsung Gear VR: se puede utilizar con un smartphone Samsung Galaxy

• Google Cardboard: producto accesible que puedes armar en casa

Se prevé que si estos productos despegan, el cine, televisión y otros medios tradicionales encontrarán la manera de unirse a esta nueva norma.

Medicina

Tal como en ejercicios militares, la realidad virtual es útil para la preparación de los futuros médicos. Con las simulaciones apropiadas los alumnos pueden practicar operaciones o procedimientos difíciles o de emergencia, todo sin poner en riesgo la salud de un paciente real.

Los paramédicos también reciben preparación con esta tecnología. En lugar de realizar un simulacro o ponerse en situaciones de peligro, se puede generar un escenario de emergencia. Así se ahorran materiales, dinero y es más seguro.

Simulación de emergencia, vía Wikimedia Commons

Terapia

Existen también terapias para lidiar con fobias o estrés postraumático que utilizan realidad virtual. Para alguien que sufre de temor a, por ejemplo, hablar en público, se puede recrear un escenario con un podio y un grupo de espectadores. De acuerdo al juicio de los psicólogos, el “público” reaccionará positiva o negativamente a lo que haga el usuario. De la misma forma, alguien que teme a las alturas puede ser colocado en la cima de un edificio u otro lugar alto, pero sin realmente estar en peligro.

Se puede lidiar con estrés postraumático, vía Flickr

Arquitectura y diseño

A partir de un modelo tridimensional, un arquitecto tiene la capacidad de explorar su futuro edificio y detectar errores. Si se observa uno, es posible hacer el cambio ahí mismo. Ocurre igual en el diseño de productos.

Modelaje en realidad virtual, vía Flickr

Resumiendo

Estamos a punto de comenzar una nueva era de popularidad para la tecnología VR. Productos como Oculus Rift, Playstation VR y HTC Vive ofrecen una experiencia inmersiva e interactiva con sus juegos. Estas características los catalogan como realidad virtual, ya que se crea un mundo completamente artificial donde puedes jugar e interactuar. No debe confundirse con realidad aumentada, donde no hay inmersión total.

Todo esto se logra gracias al head-mounted display (HMD), una computadora y un sistema de rastreo de tus movimientos, aunque también existen otros dispositivos de entrada (joystick, guantes, etc). La tecnología VR puede utilizarse en campos como el entretenimientos, medicina, terapias y arquitectura.

Imagen de encabezado, vía Flickr