Tecnologías multimedia e interacción/Formatos y procesamiento de realidad virtual

Procesamiento de realidad virtual

El funcionamiento de la realidad virtual está condicionado por una  computadora y un determinado tipo de software especialmente diseñado, los cuales serán

los encargados de crear la ilusión de la realidad virtual. A este conjunto de elementos, compuestos por el equipo informático y las aplicaciones se lo denomina

Reality Engine.

La computadora se encarga de controlar y manejar tres importantes tareas para la creación del mundo virtual: el ingreso de los datos, la salida de datos,

y la generación, operación y administración de los mundos virtuales.

Periféricos de entrada

Los periféricos de entrada se encargan de capturar las acciones del usuario y enviar esta información al computador.

Posicionadores

Son los periféricos de entrada más frecuentes en realidad virtual, permiten al sistema conocer en tiempo real la posición y la orientación del cuerpo del usuario.

Los posicionadores permiten registrar los movimientos del usuario pudiendo realizar acciones como mover o coger objetos.

Los posicionadores pueden ser de diferentes tipos algunos de ellos son:

• Magnéticos: Funcionan por variaciones en las tensiones eléctricas inducidas por un campo magnético.

• Ópticos: Son generalmente cámaras como la kinect las cuales permiten saber la posición exacta del usuario..

• Acústicos: Usan ultrasonidos  y micrófonos para detectar la posición.

• Guantes: Se usan para detectar los dedos del usuario y poder interactuar con los elementos de la realidad virtual mediante gestos.

Stylus

Es un puntero virtual, representado en la escena por un láser con el que podemos apuntar a objetos de la escena virtual.

Este dispositivo permite al usuario seleccionar y mover objetos,pudiendo  navegar a través de menús tridimensionales.

Space Ball

El dispositivo emite información sobre la fuerza o el momento angular que se le aplica. 

Periféricos de Salida

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

Efectores visuales

Existen dos tipos de efectores visuales: cascos estereoscópicos (anulan completamente la visión del entorno real) y sistemas basados en proyección (el usuario puede ver parte del entorno real).

• Cascos estereoscópicos: Un casco estereoscópico es un dispositivo que se adapta a la cabeza del participante y le permite ver el mundo virtual en 3D. Los cascos estereoscópicos incorporan sensores que almacenan la posición y la orientación de la cabeza del participante para actualizar su punto de vista de la escena adecuadamente.

• Sistemas basados en proyección: En estos sistemas, las imágenes se proyectan en una o más pantallas(normalmente pantallas de proyección) que pueden adoptar diferentes configuraciones según el número, forma y disposición. Las configuraciones comerciales más utilizadas son: la habitación estereoscópica (CAVE) y la mesa estereoscópica (WorkBench).

Efectores auditivos

Los efectores auditivos lo componen altavoces,cascos auditivos.

Para generar sonido de forma realista hay que tener en cuenta las propiedades acústicas de los objetos.

 Con el fin de generar sonidos que parezcan reales es  frecuentemente utilizar el sonido espacial, que consiste en generar el sonido de los objetos de forma que el participante sea capaz de ubicar espacialmente la procedencia del sonido.

Efectores táctiles.

Son dispositivos que proporcionan estímulos para el sentido del tacto.

Existen diversas formas de recrear el contacto con los objetos del mundo virtual, algunos guantes utilizan pequeñas cámaras neumáticas que se llenan/vacían de aire, otros utilizan dispositivos vibradores situados en los dedos, así como pequeñas descargas eléctricas.

Los dispositivos de realimentación de fuerza van más allá e impiden o ofrecen resistencia a hacer movimientos con la mano cuando ésta choca virtualmente con un objeto virtual o con un campo de fuerzas simulado.

Efectores del equilibrio

Algunos de los sistemas de realidad virtual, incluye software para gestionar plataformas móviles que permiten recrear sensaciones de aceleración y desaceleración aprovechando la gravedad terrestre.

El software de simulación se limita a calcular los grados de inclinación de la plataforma en función de parámetros del movimiento del vehículo virtual como son la aceleración y la fuerza centrípeta. 

 Administración de los mundos virtuales

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.

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.Estos módulos varían mucho dependiendo de la aplicación concreta.

La función más básica consiste en calcular en tiempo real los parámetros de la cámara virtual de acuerdo con los movimientos del usuario, aunque también puede encargarse del cálculo de colisiones, deformaciones, comportamiento y otras actualizaciones que afecten a la evolución en el tiempo del entorno virtual representado

Software de simulación sensorial.

Estos módulos se encargan de calcular la representación digital de las imágenes, sonidos, etc. que el hardware se encargará de traducir a señales y finalmente a estímulos para los sentidos.

Entre los módulos de simulación sensorial, el más importante es el de simulación visual, que se basa en algoritmos de visualización en tiempo real del modelo geométrico. Se utilizan técnicas de aceleración de imagen con el propósito de reducir al mínimo posible el tiempo de generación de cada fotograma.

Respecto a la simulación auditiva, es preciso comentar que la generación de sonido realista requiere tener en cuenta las propiedades acústicas de los objetos.

 Funcionamiento entrada-salida

En primer lugar  las acciones del usuario son registradas en tiempo real por los periférico de entrada o sensores.

Después se captura la posición de la cabeza del usuario, ya que es esencial para saber la posición y orientación del usuario, también es frecuente capturar movimientos de la mano y de los dedos de la mano.

Esta información se envía al computador, donde es procesada por los módulos de recogida y tratamiento de datos de entrada.Una vez las acciones del usuario están en un formato adecuado,para que se utilicen en la parte de simulación y se realizan

los posibles cambios en el mundo virtual modificando el entorno virtual del usuario.

En el caso de la simulación visual,los algoritmos de síntesis de imágenes calculan la imagen en el frame buffer con los parámetros de cámara virtual correspondientes a la posición y orientación de la cabeza del usuario.

La información digital del frame buffer se traduce en una señal de video por la tarjeta gráfica y esta señal a su vez  se traduce en una imagen física en  el dispositivo de visualización.

Lo mismo pasa con los estímulos para el resto de sentidos, que son calculados por los algoritmos de simulación, traducidos en señales digitales para el hardware y finalmente convertidos en estímulos físicos para los dispositivos de salida.

Las etapas descritas anteriormente completan un círculo que se debe repetir continuamente lo suficientemente rápido para que el usuario, no sea capaz de percibir un posible retardo.

REFERENCIAS

•  Valve.5Abril2016.Virtual Reality - SteamVR featuring the HTC Vive.https://www.youtube.com/watch?v=qYfNzhLXYGc
• Javier Barrera.4 Octubre 2016.VR Realidad Virtual Arquitectura Archviz UE4 Htc Vive - Unreal Engine.https://www.youtube.com/watch?v=Ot5CsfUcTh4
• Javi Boo.Arquitectura de un sistema de Realidad Virtual.http://www.lsi.upc.edu/~pere/SGI/guions/ArquitecturaRV.pdf
• Juan Antonio Pascual.03 Abril 2016.Realidad Virtual: 25 preguntas y respuestas que debes conocer. http://computerhoy.com/noticias/zona-gaming/realidad-virtual-25-preguntas-respuestas-que-debes-conocer-42543
• La Realidad Virtual.http://m.monografias.com/trabajos4/realvirtual/realvirtual.shtml
• Txema Rodriguez.24 Junio 2016.https://m.xataka.com/realidad-virtual-aumentada/como-se-hace-un-juego-de-realidad-virtual
• Carlos Aguilera Bazán.13 Septiembre, 2016 .http://www.circulo8.com/como-funciona-la-realidad-virtual/

Alumnos implicados

• David Salcedo Gutiérrez