Tecnologías multimedia e interacción/Realidad Virtual

Este recurso de aprendizaje es una lección creada originalmente como material didáctico del proyecto de aprendizaje Tecnologías multimedia e interacción.

La realidad virtual (VR, por sus siglas en inglés) es el término utilizado para describir un entorno tridimensional, generado por ordenador en el que se puede explorar e interactuar con una persona. Esa persona se convierte en parte de este mundo virtual o está inmerso dentro de este entorno y es capaz de manipular objetos o llevar a cabo una serie de acciones en ese entorno.

Introducción a la realidad virtual

Se puede también definir la VR como la inducción de un objetivo de conducta en un organismo mediante el uso de la estimulación sensorial artificial, mientras que el organismo tiene poca o ninguna conciencia de la interferencia.

En esta definición aparecen cuatro componentes claves. Son los siguientes:

• Objetivo de conducta: El organismo está teniendo una "experiencia" diseñada por un creador. Los ejemplos incluyen volar, caminar, explorar, ver una película, y la socialización con otros organismos.
  
• Organismo: Podrías ser tú, otra persona, o incluso otra forma de vida tales como cucarachas, peces, roedores, o un mono, por ejemplo.
  
• Estimulación sensorial artificial: A través de la ingeniería, uno o más sentidos del organismo se pueden apropiar, y sus aportaciones comunes se reemplazan por la estimulación artificial.
  
• Conciencia: Mientras que tiene la experiencia, el organismo parece no darse cuenta de la interferencia, con lo cual se "engaña" en esa sensación en un mundo virtual. Esta falta de conciencia conduce a una sensación de presencia en otro mundo, o la aceptación de que sea natural.
  
  

La idea de "engañar" a un organismo se puede explicar usando las investigaciones realizadas en neurobiología. Cuando los animales exploran su entorno, se forman estructuras neuronales compuestas por células de localización para codificar información espacial sobre su entorno. Cada célula de localización es activada precisamente cuando el organismo vuelve a un lugar en particular. Se ha demostrado que estas estructuras neuronales se pueden formar en un organismo incluso cuando tiene una experiencia de VR.

En otras palabras, nuestros cerebros pueden formar células de localización para los lugares que no son reales. Esta es una clara indicación de que la RV está engañando a nuestro cerebro, al menos parcialmente.

La mayoría de las experiencias de realidad virtual implican otro componente fundamental: la interacción. En el caso de VR en el que la estimulación sensorial no depende de las acciones tomadas por el organismo, éste tiene un control parcial sobre la estimulación, que puede variar como consecuencia de los movimientos del cuerpo, incluyendo los ojos, la cabeza, las manos o las piernas. Otras posibilidades incluyen los comandos de voz, ritmo cardíaco, la temperatura corporal, y conductancia de la piel (por ejemplo, si estás sudando).

La realidad virtual se implementa normalmente usando la tecnología informática. Hay una gama de sistemas que se utilizan para este propósito, tales como auriculares, cintas de correr omnidireccionales y guantes especiales. Estos se utilizan para estimular realmente nuestros sentidos junto con el fin de crear la ilusión de realidad.

Esto es más difícil de lo que parece, ya que nuestros sentidos y cerebros han evolucionado para proporcionar una experiencia finamente sincronizada. Estos temas que dividen a las experiencias de realidad virtual convincentes o agradables de los discordantes o desagradables son en parte técnica y en parte conceptual. La tecnología de realidad virtual tiene que tomar en cuenta nuestra fisiología. Por ejemplo, el campo visual humano no ve como un cuadro de video. Tenemos (más o menos) 180 grados de visión y, aunque no siempre somos conscientes de la visión periférica, si no se tiene nos daríamos cuenta. Del mismo modo, cuando los ojos y el sistema vestibular en los oídos dicen están en conflicto puede causar mareo, como sucede por ejemplo con algunas personas en los barcos o cuando leen dentro de un coche en movimiento.

Una aplicación de realidad virtual debe conseguir obtener la combinación de hardware, software y la sincronización sensorial necesaria que logre algo conocido como una sensación de presencia, en donde el sujeto realmente se siente como que está presente en ese entorno.

Tipos de realidad virtual

En VR se entiende como inmersión la sensación de estar dentro de un entorno o mundo particular, por ejemplo, un mundo en tres dimensiones. El objetivo es que la interacción completa en este mundo permita a la persona explorar y usar su imaginación.

Hay muchos tipos de entornos de realidad virtual, cada uno con su propio nivel de inmersión y características. Algunos de los cuales son:

Realidad virtual inmersiva

Se consigue una inmersión total, hasta el punto de sentir que se accede a un mundo diferente.

Como por ejemplo de realidad inmersiva tenemos CAVE (acrónimo de "Cave Automatic Virtual Environment"), se trata de un espacio en forma de cubo en el que se muestran las imágenes de una serie de proyectores. Una configuración estándar CAVE incluye: paredes traseras de proyección, proyección hacia abajo, altavoces en diferentes ángulos, rastreo sensores en las paredes, sonido / música y vídeo. La persona lleva un HMD que muestra una imagen tridimensional a través de un proceso conocido como estereoscopia. Aquí es donde se muestra a alguien dos imágenes - una por cada ojo - la cual el cerebro combina en una sola imagen.

Estas imágenes son generadas por ordenadores potentes y un sistema de captura de movimiento que registra las acciones de la persona dentro de la CAVE. Estas acciones se convierten en una serie de imágenes que luego se muestran a través de sus gafas.

Una característica principal del sistema CAVE es la interacción. La combinación de la interacción y de inmersión total es conocida como la telepresencia en la que una persona puede literalmente perderse dentro del entorno virtual.

La interacción se lleva a cabo usando una variedad de dispositivos de entrada, por ejemplo, una palanca de mando, vara o un dispositivo háptico, es decir un guante de datos. Esto permite a la persona interactuar con los objetos, por ejemplo, de tracción, torsión o de agarre por medio del tacto. La capacidad de hacer esto se conoce como la háptica.

Un sistema háptico también permite que la persona pueda experimentar una reacción conocida como force feedback. Estas reacciones adoptan la forma de vibraciones u otras formas de movimiento y contribuyen a la experiencia. A menudo están acompañados por sonido, vídeo y / o imágenes.

Realidad virtual semi-inmersiva

Un ejemplo de este tipo de RV es un simulador de vuelo. Generalmente consiste en una pantalla cóncava, un sistema de proyección grande y un monitor. Es similar a las grandes experiencias de pantalla visto en los cines IMAX.

El espectador se convierte en parte del entorno pero no está completamente sumergido.

Entornos virtuales colaborativos

Es un espacio en el que varias personas interactúan entre sí, a menudo en distintos lugares. El objetivo es que estas personas puedan compartir ideas y experiencias en un entorno cooperativo - de ahí el nombre.

Ejemplos de estos entornos son:

• Marketing: interacción con los consumidores
• La formación en situaciones peligrosas / dañinas
• Entretenimiento social, por ejemplo, en juegos de varios jugadores

Los beneficios de estos entornos son nuevas formas de comunicación y cooperación: permiten a los participantes desarrollar nuevas formas de utilizar los datos que posteriormente se utilizarán en el mundo real.

Esta es una forma dinámica e innovadora de trabajar ya que permite a las personas interactuar, cambiar o modificar los datos dentro de estos entornos. Está en contraste con la manera estática, lineal de trabajo en el que la información se transmite de una persona a otra y niega la oportunidad de explorar.

Realidad mixta

Combina de alguna manera elementos tomados directamente de la realidad (imagen y sonido real) con elementos virtuales o provenientes de otros contextos, a menudo siendo capaz de identificar ciertos aspectos de la realidad, como rostros, objetos 3D y cosas así. También llamada Realidad aumentada o Virtualidad aumentada según sea el aspecto que predomine.

Una de las aplicaciones más populares para desarrollar aplicaciones de realidad aumentada es Vuforia, cuyo uso es gratuito para estudiantes y que puede integrarse con entornos de desarrollo de videojuegos como Unity. Con esta herramienta se puede hacer reconocimiento de imágenes, indicándole el tipo de 'marcador' que se desea detectar, haciendo un seguimiento de los cambios de la imagen en relación a dicho marcador, y permitiendo sobreponer los elementos virtuales encima de la imagen real. Otras herramientas populares son Kudan y la alternativa, algo más modesta, de código libre ARToolkit.

En el mundo de la producción audiovisual es de utilidad poder grabar en tiempo real a un actor en un escenario virtual, por ejemplo, o también cuando se realiza marketing de realidad virtual, es importante conectar ambos mundos para que "se entienda" la experiencia completa.

Aplicaciones de la realidad virtual

La era moderna de la RV fue provocada por los avances en las pantallas, sensores, y la tecnología de la computación en la industria de los Smartphones. Desde el diseño Oculus Rift de Palmer Luckey 2012, el mundo ha ido cambiando rápidamente como por ejemplo, en la creación de auriculares de realidad virtual en serie con el objetivo de conseguir poder colocarlos en las manos de una amplia variedad de personas. Esta tendencia es similar en muchos aspectos a las revoluciones del ordenador personal y del navegador; a medida que más personas tengan acceso a la tecnología, el conjunto de cosas que se pueden hacer con él amplía considerablemente.

Allí donde es demasiado peligroso, caro o poco práctico hacer algo (en “nuestra realidad”), la realidad virtual es la respuesta. Desde pilotos de combate en formación a las aplicaciones médicas dedicadas a cirujanos en formación, la realidad virtual nos permite tomar riesgos virtuales con el fin de ganar experiencia del mundo real. Como el coste de la realidad virtual está disminuyendo y se está convirtiendo en más comercial se esperan otros usos, tales como las aplicaciones de educación o de productividad. La realidad virtual y la realidad aumentada podrían cambiar la forma en que nos relacionamos con nuestras tecnologías digitales, continuando con la tendencia de la humanización de nuestra tecnología.

Las aplicaciones que en la actualidad encontramos de la realidad virtual a actividades de la vida cotidiana son muchas y diversas. A continuación se comentan algunas de ellas:

Usos militares

Es particularmente útil para la formación de soldados para situaciones de combate u otros lugares peligrosos donde tienen que aprender a reaccionar de una manera apropiada.

Una simulación de realidad virtual les permite formarse sin los riesgos del mundo real. Se han demostrado que estos entrenamientos son seguros y menos costosos que los métodos tradicionales de formación. Los usos militares incluyen:

• simulación de vuelo,
• simulación del campo de batalla,
• la formación del médico (en el campo de batalla),
• vehículos de simulación,
• campos de entrenamiento virtual.
• para tratar el trastorno de estrés post-traumático. Los soldados que sufren de traumas en el campo de batalla pueden aprender a lidiar con sus síntomas en un entorno "seguro". La idea es que al estar expuestos a los factores desencadenantes de su condición se ajusten gradualmente. Esto tiene el efecto de disminuir sus síntomas y les permite hacer frente a situaciones nuevas o inesperadas.

Educación

La ventaja es que permite que grandes grupos de estudiantes interactúen unos con otros, así como dentro de un entorno tridimensional. Es capaz de presentar a los estudiantes datos complejos de forma accesible a la vez que se divierten. Además estos estudiantes pueden interactuar con los objetos de ese entorno con el fin de descubrir más sobre ellos.

Hay dos formas de utilización de la realidad virtual en el aula: la primera consiste en un PC tradicional, a través del cual, el estudiante explora un entorno virtual mediante un ordenador, el teclado y el ratón. La segunda forma es completamente inmersiva y requiere que el estudiante use gafas o casco de realidad virtual o HMD (del inglés head-mounted display) y el guante de datos - para la interacción - dentro de un entorno virtual. Este entorno puede tomar la forma de una serie de pantallas de gran tamaño o un sistema de realidad virtual CAVE completa.

Salud

Una de las ventajas de esta tecnología es que permite a los profesionales sanitarios aprender nuevas habilidades, así como actualizar las existentes en un ambiente seguro. Los usos en la salud incluyen:

• Permiten simulaciones sin causar ningún peligro a los pacientes. Por ejemplo, el sistema HumanSim que permite a médicos, enfermeras y otro personal médico interactuar con los demás en un entorno interactivo. Se involucran en escenarios de entrenamiento en los que tienen que interactuar con un paciente, pero dentro de un entorno 3D. Esta es una experiencia de inmersión que mide emociones de los participantes a través de una serie de sensores.

• Diagnósticos: permite a los médicos llegar a un diagnóstico en combinación con otros métodos tales como resonancias magnéticas. Esto elimina la necesidad de procedimientos invasivos o cirugía. Se puede encontrar más información en el paper [Using virtual reality for medical diagnosis, training and education[1].

• Cirugía robótica virtual: La realidad virtual se utiliza con fines de formación y, también en el campo de la telecirugía remota. La característica principal de este sistema es la force feedback cuando el cirujano tiene que ser capaz de medir la cantidad de presión al realizar un procedimiento delicado. Por ejemplo, el sistema RoSS que introduce al usuario a los fundamentos de la cirugía asistida por robot.

• Terapias de realidad virtual: La terapia cognitiva conductual (TCC) es un tratamiento psicoterapéutico administrado por un terapeuta con experiencia en trastornos de salud mental y, específicamente, en la TCC. Generalmente, los pacientes asisten a un número limitado de sesiones que se centran en un problema específico, ayudando al paciente a identificar, reconocer y cambiar patrones de pensamiento y sentimientos perturbadores que están conduciendo a las creencias y comportamientos negativos o destructivos. La realidad virtual es ahora lo suficientemente convincente como para simular muchos de estos estímulos que inducen ansiedad, y es una manera segura, controlable y eficaz para llevar a cabo diversos tipos de terapias.

En los negocios

Se está utilizando la VR en los negocios en visitas virtuales de un entorno empresarial, la formación de nuevos empleados o por ejemplo, vistas de 360º de los productos. Muchas empresas han adoptado la realidad virtual como una forma rentable de desarrollar un producto o servicio. Por ejemplo, les permite probar un prototipo sin tener que desarrollar varias versiones de éste (puede ser largo y costoso).

En ingeniería

Incluye el uso de herramientas de modelado 3D y técnicas de visualización como parte del proceso de diseño. Esta tecnología permite a los ingenieros ver su proyecto en 3D y obtener una mayor comprensión de cómo funciona. Además de que pueden detectar los defectos o riesgos potenciales antes de su implementación. También permite que el equipo de diseño observe su proyecto dentro de un ambiente seguro y haga los cambios cuando sea necesario.

En los deportes

Se utiliza como una ayuda para medir el rendimiento deportivo, así como para realizar análisis sobre la técnica deportiva. También se utiliza en el diseño de la ropa / equipamiento deportivo y como parte de la campaña para mejorar la experiencia de la audiencia.

Reconstrucción de la herencia cultural

Consiste en la recuperación a través de la simulación de piezas únicas de la antigüedad que han sido destruidas o se encuentran degradadas. En algunas, a partir de unos pocos restos se pueden simular piezas enteras. Además, la realidad virtual permite mostrar la pieza en perfecto estado en diversos lugares del mundo a la vez, e incluso permite crear museos enteros con piezas virtuales.

Simulación de multitudes

Consiste en la simulación del comportamiento de grandes cantidades de personas. Sin requerir la presencia de gente, se puede simular el comportamiento de éstas en cosas que serían complejas como la evacuación de un edificio o los comportamientos en situaciones complejas.

Campo de la presencia

Simulando situaciones para inducir comportamientos en los individuos para aplicaciones como: tratar fobias, ansiedad social, estudios de violencia o resolución de conflictos...

Problemas de la realidad virtual

A pesar de esta evolución que hemos ido experimentando en las tecnologías de realidad virtual, aún queda mucho camino por recorrer. La experiencia que queremos conseguir dista de la que podemos ofrecer actualmente, y el hardware sigue suponiendo a veces un quebradero de cabeza porque se va necesitando más potencia. Sin embargo, el principal problema que vamos a abordar es la salud. Según la guía de desarrollo de Oculus Rift, algunos de estos problemas son náuseas, vómitos, sudor frío, mareos, desmayos, etc. Casi el 100% de las personas que experimentan una experiencia de este tipo acaban experimentando algún efecto secundario de los citados anteriormente. Esto supone un problema para los desarrolladores, que no pueden permitirse que su juego no sea jugado debido a este tipo de problemas, los cuáles tienen una raíz médica.

Simulator Sickness: El origen de todos estos problemas es lo que conocemos como la enfermedad del simulador (Simulator sickness). Esta, no debe ser confundida con el Motion Sickness. De hecho, las señales biológicas que producen uno u otro son contrarias. Los síntomas que nos permiten identificar el Simulator sickness son: - Dolor de cabeza - Inestabilidad postural - Vómitos - Vértigo - Somnolencia ...

Estos efectos, llegan incluso a obligar al usuario a dejar de utilizar su HMD.

El origen de los efectos adversos anteriormente citados no está aún claro, y se han hecho varias teorías:

Conflicto de señales: se producen cuando al cerebro le llegan señales opuestas. Por un lado, al estar visualmente inmersos en nuestra experiencia de realidad virtual, el ojo comunica a nuestro cerebro que nos estamos moviendo debido a las señales visuales que recibe. Sin embargo, al cerebro también le llegan señales de nuestro oído interno, el cual no se ve afectado por estos dispositivos y transmite a nuestro cerebro que en realidad estamos quietos y no nos movemos. Este conflicto de señales continuo genera estas reacciones adversas debido que el cerebro no sabe interpretar cuál de las dos señales es la correcta y cuál no.

Inestabilidad postural: esta teoría sugiere que nuestro cuerpo está constantemente realizando ajustes de nuestros sentidos mientras nos movemos. Sin embargo, al realizar un “aislamiento sensorial” en una experiencia de realidad virtual, el cuerpo se reajusta para la misma. Al salir de esta experiencia, los sentidos vuelven a su estado natural y a percibir lo que percibían, y esto origina efectos secundarios.

Teoría del veneno: la teoría más sensacionalista sobre la causa de los mareos y demás efectos secundarios nos dice que el organismo reacciona con estos síntomas porque interpreta la situación (evolutivamente hablando) como si el cuerpo tuviese una toxina y la tiene que expulsar. Aunque es la más rara de todas, es la única capaz de justificar de un modo más o menos coherente el síntoma de los vómitos. Esta teoría además, es compatible con las otras dos citadas anteriormente.

Referencias

• Al-khalifah, R J McCrindle, P M Sharkey and V N Alexandrov. Using virtual reality for medical diagnosis, training and education. Universidad de Reading, Reino Unido; ISBN: 07 049 98 65 3. Accesible online vía http://www.icdvrat.org/2006/papers/ICDVRAT2006_S06_N01_Al-Khalifah_et_al.pdf

• HumanSim: Accesible online vía http://store.ara.com/humansim-s/46.htm

• Karen McMenemy, Robin Stuart Ferguson. A Hitchhiker's Guide to Virtual Reality. July 25, 2007 by A K Peters/CRC Press

• E. I. Moser, E. Kropff, and M.-B. Moser. Place cells, grid cells, and the brain’s spatial representation system. Annual Reviews of Neuroscience, 31:69–89, 2008.

• Steven M. LaValle. Virtual Reality. Universidad de Illinois. Accesible online vía http://msl.cs.uiuc.edu/vr/vrbook.pdf

• James R. Lackner and Paul DiZio. Virtual environments and the cyberadaptaion syndrome. Elsevier B.V.

• J. Apperley, E. Carreras (et al.), Haematopoietic Stem Cell Transplantation. “Principles of conditioning” 2008

• J. O’Keefe and J. Dosytovsky. The hippocampus as a spatial map. Preliminary evidence from unit activity in the freely-moving rat. Brain Research, 34(1):171–175, 1971.

• Sistema de Cirugía robótica virtual. Accesible online vía http://www.aecirujanos.es/images/stories/recursos/mono/02-Cirugia-robotica.pdf
  

Participantes activos

• Covadonga Díez Sanmartín
• Miguel Andrés Herrero
• Jaime Dulon Tarqui