Introducción a la RV

A partir de un panorama de los antecedentes de la realidad virtual así como un breve recorrido histórico por sus inicios e hitos principales, en la presente sección se formularán una serie de conceptos iniciales que deben ser los fundamentos sobre los cuales el alumno empiece a cuestionarse qué es la realidad virtual y cómo se sitúa desde un punto de vista tecnológico, audiovisual y conceptual.

Virtualidad

La  imagen de una persona conectada a un ordenador mediante un casco extraño y un guante cubierto de cables es la visión popular de la Realidad Virtual: una forma de comunicación erróneamente asociada a una tecnología determinada. 


Sistema de realidad virtual basado en casco y guantes de datos
(Autor imagen: NASA-Ames)

Un medio mitificado en gran medida a causa de la desinformación promovida en ciertas fantasías cinematográficas provenientes de Hollywood.


Escena de “El Cortador de Césped” (“The Lawnmower Man”)
(Autor imagen: “The Lawnmower Man”)

Ciertamente la realidad virtual ha llegado al público como producto antes que como proyecto comunicacional y esto conlleva una gran confusión.

 


Gafas Glastron de SONY

La confusión a la que nos referimos se extiende hasta el plano de la terminología, donde se abusa del binomio realidad virtual para referirse a animaciones por ordenador, imágenes fijas vectoriales y hasta llega a confundirse con el término virtualidad, perdiendo así su especificidad. Atender a estas confusiones va más allá del plano anecdótico y puede ser un buen principio para clarificar algunas de las propiedades específicas de la realidad virtual. Dedicaremos a esto las siguientes líneas:

Los seres humanos nos caracterizamos por el hecho de estar constantemente tomando decisiones. Estas decisiones se dan en un espacio y un tiempo. Con el mismo criterio con el que tomamos decisiones sobre si desplazarnos a pie o bien en coche (valorando la comodidad, la velocidad, el propósito, el tiempo y la distancia de nuestro desplazamiento), optamos en cada caso por uno u otro tipo de comunicación con las entidades y con las personas, es decir, en un banco nos fijamos en las colas o en el horario para decidir entre una ventanilla o un cajero automático; en un parque de atracciones nos fijamos en qué tan cansados estamos o en la climatología para decidir entre una montaña rusa o por un juego de simulación de vuelo en parapente al lado mismo de la cafetería; en un restaurante miramos nuestra cartera y decidimos si pagar en efectivo o bien con tarjeta de crédito; en una biblioteca la prisa nos obliga a hacer la consulta desde un terminal o bien nos permitimos el lujo de perdernos entre pasillos llenos de libros. Hoy en día no nos inquieta establecer relaciones interpersonales por teléfono, en las que no compartimos un espacio físico con nuestros interlocutores. Dejamos que nuestra voz sea nuestra presencia en algún lugar, mientras nuestro cuerpo se encuentra en otro distinto. El correo electrónico facilita además que esta comunicación se dé también de manera asíncrona, es decir, sin necesidad de que la emisión y la recepción coincidan en un mismo momento. Si analizamos cualquiera de estos ejemplos, nos daremos cuenta de hasta qué punto vivimos en un mundo en el que lo físico se complementa, se superpone y hasta llega a confundirse con lo virtual.

 


Cartel de la película Johnny Mnemonic, de Richard Longo
(Autor imagen: Johnny Mnemonic)

Como ya hemos visto en el párrafo anterior, en la actualidad, las tecnologías digitales de la información y de la comunicación forman parte de nuestras vidas cotidianas hasta el punto en que llegan a pasarnos inadvertidas. Los programadores y diseñadores de estas tecnologías llaman a este hecho transparencia y suele ser uno de los sus principales objetivos. Cuando nos damos cuenta de que alguna actividad de nuestra vida ha cambiado de entorno, desplazándose del mundo físico al de la tecnología digital, a menudo recurrimos al vocablo virtualidad. No por ello cabe pensar que todas esas actividades han pasado a la Realidad Virtual. Así pues, Realidad Virtual es solamente un pequeño subconjunto de todas estas tecnologías digitales de la información y de la comunicación y debemos aprender a diferenciarla del resto.

A continuación y para concluir con esta etapa introductoria, proponemos la tabla siguiente, en la que se sitúa a la Realidad Virtual en la complejidad de la comunicación audiovisual.

RV en el ámbito de la Comunicación Audiovisual

Comunicación audiovisual

Todos los medios audiovisuales: incluye radio, cine, televisión, multimedia, WWW, realidad virtual, etc.

Comunicación audiovisual digital

Todos los medios audiovisuales en los que intervienen ordenadores. Son por ejemplo las películas grabadas en DVD pera consumo doméstico, les carátulas de muchos programas televisivos, gran parte de los efectos especiales del cine, etc.

Comunicación audiovisual digital interactiva

Solamente aquellos medios audiovisuales en los cuales intervienen ordenadores y que prevén la influencia recíproca entre el sistema y sus usuarios. Son por ejemplo los productos editoriales multimedia, los sistemas de comercio electrónico, los cajeros automáticos, etc.

Comunicación audiovisual digital interactiva generada en tiempo real

Son sólo los sistemas de realidad virtual. Incluye los sistemas de realidad virtual de sobremesa como el VRML y esas instalaciones audiovisuales interactivas en las que los estímulos se generan instantáneamente y de acuerdo con la información que el sistema extrae de los participantes por medio de sensores y otros dispositivos.

 

Antecedentes

Quienes trazan una línea desde la realidad virtual actual hacia el pasado, casi siempre lo hacen desde una óptica exclusivamente tecnológica. Resulta evidente que la tecnología es una referencia importante en la historia y evolución de cualquier rama de la ciencia. La tecnología es, al fin y al cabo, la que posibilita la realización de las experiencias y acaba por dar una forma u otra a los resultados finales.

No obstante, en esta asignatura se empezará por describir los antecedentes conceptuales de la realidad virtual. Sin menospreciar la tecnología de cada momento, aquello que genera el impulso por desarrollar una cierta tecnología son las ideas que hay detrás. Estas son las que forjaron, no sólo la tecnología de la realidad virtual, sino también las diversas facetas, aplicaciones, propiedades audiovisuales, etc., de la misma. Esta sección y la siguiente se centrarán pues, en estos conceptos que han guiado la realidad virtual desde sus antecedentes, pasando por sus inicios, hasta el presente.

Como se verá a lo largo de esta asignatura, una de las ideas básicas detrás de la realidad virtual es la de conseguir llevar la interacción persona ordenador al límite, de forma que esta interacción resulte lo más cercana a la comunicación humana. Por esta razón se han invertido muchos esfuerzos en estudiar los sistemas sensoriales humanos y las formas en que se pueden generar estímulos para incidir sobre estos.

Desde este punto de vista, la primera referencia a un antecedente de la realidad virtual muestra un claro intento de integrar diversos estímulos en un único sistema. Este precedente fue el "Sensorama", patentado por Morton Heilig, un joven y audaz cineasta, en 1956 en los EE.UU.


Sensorama de Morton Heilig

El Sensorama era una especie de cabina unipersonal, donde el espectador debía sentarse y dirigir su mirada hacia un visor especial, parecido al periscopio de un submarino. Allí se proyectaban películas estereoscópicas (es decir, con un punto de vista distinto para cada ojo, creando el efecto de tres dimensiones), en color, de aproximadamente dos minutos de duración. Estas imágenes iban acompañadas de una banda sonora, de efectos de viento, olores y movimiento o vibración del asiento del usuario. Este sistema no era controlado por un ordenador y mucho menos interactivo, aunque ya intentaba crear una primera experiencia a través de los estímulos humanos y desarrollar un inicio de interfaz persona-máquina (aunque no persona-ordenador).

Una de las películas más referenciadas, es la de un recorrido en motocicleta por Nueva York. Durante la experiencia, el usuario experimentaba una vibración en su asiento parecida a la que se da en una moto. El usuario veía en tres dimensiones el recorrido por las calles de Manhattan, oyendo las bocinas de los coches, sintiendo en viento en la cara y oliendo alguno de los posibles olores de la ciudad; por ejemplo, el de una floristería.

Como se ha dicho, este sistema no puede considerarse realidad virtual por el hecho que no funcionaba con ordenador, sino que era totalmente mecánico basándose en pistas de códigos que se grababan sobre la película junto a la pista de sonido, no era interactivo y todo estaba prefijado de antemano. No obstante su objetivo multisensorial es remarcable.

Yendo aún más atrás en el tiempo, hay quien considera “El Palacio de los Destinos” de Leibniz, hacia el 1710 (Steinhart, 1997), el primer texto que hace referencia a una posible realidad virtual como ejemplo de una estructura capaz de estimular todos los sentidos y generar en tiempo real experiencias de entornos inexistentes físicamente.

 

Inicios de la RV

El padre de la realidad virtual

El trabajo posdoctoral de Ivan Sutherland, del año 1965, estableció las bases de un sistema multisensorial basado en ordenador, al que llamó “The Ultimate Display” (que puede traducirse por “La interfaz persona ordenador óptima”). Sutherland era, ya entonces, el padre del primer sistema de interfaz gráfica por lápiz óptico (el “Sketchpad”) y su trabajo teórico tenía constantemente el objetivo de facilitar al máximo la interacción entre las personas y los ordenadores. Así que no es de extrañar que como fruto de sus investigaciones y especulaciones, llegase a la definición de un sistema que incluso permitiría a las personas interactuar con los ordenadores mediante los sentidos del gusto y el olfato: “Si la tarea del dispositivo es servir de espejo hacia el país de las maravillas matemáticas construido en la memoria del ordenador, debería servir a tantos sentidos como sea posible. Hasta donde yo sé, nadie propone seriamente dispositivos de olfato, o gusto.” (“If the task of the display is to serve as a looking-glass into the mathematical wonderland constructed in computer memory, it should serve as many senses as possible. So far as I know, no one seriously proposes computer displays of smell, or taste”) (Sutherland, 1965).

The Ultimate Display

A menudo se hace referencia al Ultimate Display y a su autor, con el objetivo de atribuirle el deseo de llegar a una noción de realidad virtual como herramienta de simulación realista con la cual un día se podría sustituir la realidad que nos rodea, pero esto no es exacto. En primer lugar, el término realidad virtual aún no se había acuñado. Por otra parte, la tecnología aún no permitía llevar a la práctica ninguna de las especulaciones de Sutherland.

Sutherland, al disertar sobre su Ultimate Display, quería conseguir un sistema para ganar familiaridad con conceptos no realizables en nuestro mundo físico, para entender mejor estos conceptos y para hacerlo de forma que facilitase el acceso de los usuarios a una herramienta tan alejada del funcionamiento humano y que requería de unos conocimientos tan específicos. Una forma de acercarnos a al país de las maravillas matemáticas.

La espada de Damocles


Ivan Sutherland con su Espada de Damocles

Tres años después de la descripción del Ultimate Display, concretamente en 1968, Sutherland diseñó, partiendo de lo establecido en su planteamiento teórico, lo que se puede considerar el primer casco de RV con el primer sistema de detección de la orientación del punto de vista del usuario. A este sistema le llamó la Espada de Damocles por su extraña construcción y por la forma en que cuelga por encima de la cabeza del usuario.

El funcionamiento del sistema era el siguiente. Un brazo mecánico articulado, fijado al techo, sostenía un sistema de visualización compuesto por dos pequeñas pantallas (CRT) con un soporte para ser ajustado a la cabeza de un usuario. Las articulaciones del brazo estaban dotadas de potenciómetros que medían los cambios de orientación de la cabeza del usuario. Un ordenador generaba pares estereoscópicos de imágenes de objetos en tres dimensiones representados en formato de alambre (wireframe) mediante una proyección en perspectiva, las cuales eran enviadas a las pantallas del sistema de visualización permitiendo al usuario ver los objetos. Los movimientos del usuario, detectados por los sensores de las articulaciones del brazo, eran enviados al ordenador con el objetivo de modificar la orientación del punto de vista dentro del entorno geométrico definido por los objetos.

Pese a esta puesta en práctica de parte de su teoría, la tecnología del momento era aún demasiado primitiva y los ordenadores demasiado lentos para iniciar trabajos fructíferos y concretos en esta dirección. Esta anticipación de Sutherland a sus tiempos hizo que esta tecnología quedase aparcada hasta años más tarde.

Realidad Artificial y el Video Place de Krueger

No fue sino hasta el 1975 cuando alguien hizo una aportación en esta dirección. Fue Myron Krueger quien, aprovechando la importante reducción de tamaño de los ordenadores (aparecen los primeros PC), el incremento en capacidad de cálculo y la importante reducción de coste, comienza a hablar de Realidad Artificial con su sistema de interacción llamado Video Place (Krueger, 1985).


Myron Krueger
(Origen: Foto escaneada de su libro)

Curiosamente su sistema no utilizaba ningún componente del sistema de Sutherland, sino que se basaba en una tecnología totalmente diferente. Básicamente, su sistema aprovechaba la captación de la silueta del usuario mediante una cámara de vídeo, para poder hacer un seguimiento de sus extremidades y cabeza como elementos de interacción (ver secciones posteriores).

Lo que puede resultar más sorprendente es que todo este sistema estaba basado en gráficos de ordenador en dos dimensiones. Esto rompe con todos los tópicos de la realidad virtual como tecnología orientada a la representación de entornos generados por ordenador en tres dimensiones y con proyección perspectiva. No obstante, todos los científicos relacionados con la realidad virtual están de acuerdo en calificar Video Place de Krueger como un sistema de realidad virtual.

Este sistema de Krueger, que continuó desarrollando durante años, ha tenido muchas aplicaciones especialmente en los campos del entretenimiento y el arte, especialmente a partir de la continuación realizada por el canadiense David Rockeby o los también canadienses Vivid Group.

La tecnología evoluciona 

A partir de este punto, se pierde en gran medida el deseo de definir unos fundamentos que guíen la evolución de la realidad virtual desde un punto de vista de concepto y se empieza a trabajar en el desarrollo de la tecnología al servicio de, por un lado, la generación de estímulos y, por el otro, de sistemas para detectar las acciones del usuario.

De esta forma, el resto de los setenta sirvió para desarrollar hardware específico como el guante de datos Data Glove (1977), diseñado por Sandin, Sayre y DeFanti en la Universidad de Illinois en Chicago. También se desarrollan los primeros sensores de posición como los Polhemus (1979) basados en tecnología de campo magnético. Pero los ordenadores aún eran demasiado voluminosos, caros y poco capaces gráficamente como para que la tecnología explotase.

El casco y el guante

Aunque en 1981 aparecen los primeros simuladores de vuelo controlados por ordenador, los periféricos estrella de la realidad virtual en los ochenta son el casco y el guante.

En el año 1985, NASA Ames configura el primer sistema que se considera completo de interacción con múltiples estímulos. De entre sus características, disponía de un casco tipo Leep, un sistema de sonido espacializado tipo Convolvotron de Crystal River Engineering, sensores magnéticos de posición y orientación tipo Polhemus y guantes VPL DataGlove.


El VIEW de NASA –Ames.

Fue también en 1985 que Jaron Lanier funda la primera empresa dedicada a fabricar periféricos de realidad virtual (VPL Inc.) y no fue sino hasta 1989 que acuña el binomio Realidad Virtual con un gran éxito de atención por parte de la prensa y los medios de comunicación que, para bien o para mal, hacen que se consolide como el término definitorio de esta tecnología.

El interés creado por los medios de comunicación, sumados al gran impacto que ofrecía la imagen de un usuario portando estos extraños periféricos, engendraron el tópico que asocia la realidad virtual con un casco y un guante. Es cierto que ambas tecnologías, tanto como sistema de visualización como sistema de interacción, han aportado un enorme potencial a los investigadores en muchos ámbitos. No obstante, asociar la realidad virtual a una tecnología concreta es un error y así lo ha demostrado la historia.

La diversificación de la tecnología

Los noventa han significado la consolidación de esta tecnología. Por un lado, los periféricos se han ido diversificando hacia todo tipo de estímulos y ampliando prestaciones. Por otro, los sistemas gráficos 3D, que han seguido un incremento de potencia tres veces superior al de las CPU, han hecho que la parte visual de estas simulaciones y aplicaciones de realidad virtual haya permitido trabajos mucho más ambiciosos. Ambos han propiciado la aparición de infinidad de aplicaciones de la realidad virtual.

Durante los noventa aparece software específico de desarrollo de aplicaciones de realidad virtual (como el WorldToolKit de Sense8). Aparecen los primeros videojuegos de salón recreativo con periféricos e interfaces de realidad virtual (como el Dactyl Nightmare de Virtuality) y abren las puertas de la realidad virtual al gran público.

Carolina Cruz-Neira  junto con sus directores de tesis doctoral, Sandin y DeFanti, presentan el CAVE (Cave Automatic Virtual Environment) en la Universidad de Illinois en Chicago en 1992; un sistema de inmersión multiusuario para experiencias de realidad virtual, que vendría a cambiar totalmente la concepción de la realidad virtual y el tópico del casco.

El primer juego de realidad virtual para PC, el DOOM, aparece en 1993 generando tanta atención en el público que desata toda una nueva generación de juegos y de tecnologías sobre los ordenadores personales y posteriormente sobre las consolas de videojuegos.

Finalmente, 1995 ve como la realidad virtual se abre a Internet con la aparición del VRML1.0 (Virtual Reality Modeling Language), desarrollado por un ingeniero en telecomunicaciones, Mark Pesce y un informático de la compañía SiliconGraphics, Toni Parisi. Este lenguaje permite incorporar modelos 3D al WWW, para que una persona en otro lado del mundo pueda verlos y analizarlos por todos sus costados. En 1996 el VRML2.0 incorpora interacción manipulativa y contributiva, y comportamientos a los modelos, convirtiéndolo en una potente herramienta de difusión de realidad virtual por Internet.

De esta forma se ha descrito el camino que ha llevado la realidad virtual a ser lo que es a inicios del siglo XXI, para entender de dónde viene y qué se está gestando.

 

El mapeo, la interfaz física y la interfaz lógica

El diseño de interfaces es extremadamente importante en el diseño de la interacción persona ordenador (IPO) y por lo tanto supone un fundamento esencial del diseño de aplicaciones de realidad virtual.

Desde el SketchPad de Sutherland (1963) hasta el MS Windows actual, el estudio y el diseño de la interacción se ha centrado en el concepto de interfaz. Un concepto que ha ido variando a lo largo del tiempo y que se ha adaptado a los nuevos avances tecnológicos. La interfaz ha sido definida en abstracto como “la zona de contacto entre dos entidades” (Laurel, 1990). Cuando Laurel habla de interfaces entre entidades físicas (como por ejemplo una puerta y una persona), dice que la interfaz (por ejemplo el pomo de la puerta) “refleja las propiedades físicas de los ínteractores, las funciones que se llevarán a cabo y el balance de poder y control”.

Ya desde la óptica de las aplicaciones por ordenador, las interfaces son las vías de comunicación bidireccionales, entre el usuario y la experiencia de interacción, que permiten percibir e incidir sobre la aplicación.

Los estadios de diseño de una interfaz se dividen en tres partes esenciales:

(1) decidir qué canales externos se comunicarán con los internos y en qué forma lo harán: esto se conoce como mapeo,

(2) establecer los elementos que actuarán de enlace en el exterior de la aplicación: las interfaces físicas o interfaces de hardware,

(3) determinar los elementos que actuarán de enlace en el interior de la aplicación: las interfaces lógicas o interfaces de software.

 

Un ejemplo muy sencillo de esta configuración de elementos es el de la combinación ratón-cursor en un entorno de ventanas cualquiera. La interfaz física es el ratón, la interfaz lógica el cursor y los mapeos definen: la concordancia entre unidades de movimiento del ratón y las unidades de movimiento del cursor, la concordancia entre la pulsación de un botón del ratón y la reacción del cursor que pasa a seleccionar algún objeto de la ventana, etc.

Interfaz ratón-cursor: el ratón es la interfaz física, el cursor la interfaz lógica y
el movimiento relativo entre ellos es el mapeo

En las siguientes secciones se detalla cada uno de los elementos enumerados arriba y que forman en su conjunto lo que se conoce por interfaz.

El mapeo

El mapeo hace referencia a la forma en que se enlazan nuestros canales sensoriales con las acciones que controlamos y los estímulos que recibimos en la experiencia de interacción. Unos enlaces de tipo matemático que nos permiten definir qué propiedad afectará a qué elemento y en qué grado lo hará. Esto no solo define cómo el entorno reacciona hacia el usuario, sino que también modifica la percepción que el usuario tiene del entorno.

En el ejemplo del ratón y el cursor, el mapeo entre el desplazamiento del ratón y el del cursor es crucial por razones prácticas. Está claro que el movimiento del ratón –y de hecho, aunque indirectamente, pero más importante, el movimiento de nuestra mano a través del ratón- debe influir sobre el entorno de ventanas para poder acceder y dominar todo el entorno.

El desplazamiento de un ratón sobre el escritorio se mide en mickeys y el desplazamiento del cursor en la pantalla se mide en píxeles. Se puede decidir cuantos mickeys debe moverse el ratón para que el cursor se mueva un píxel. Esto es el mapeo: la definición de la relación de unidades de medida de algún hecho externo con las unidades de medida de un hecho interno a la aplicación y viceversa. Se puede definir que un mickey movido por el ratón implique un píxel movido por el cursor, o bien que diez mickeys de desplazamiento del ratón implique un solo píxel de desplazamiento del cursor. Evidentemente la selección que se haga incidirá directamente sobre la situación práctica de uso del entorno. Por ejemplo, si el cursor se mueve demasiado poco en relación a lo que el usuario debe mover el ratón, intentar desplazar el cursor de un extremo al otro de la pantalla puede resultar una tarea lenta y engorrosa que le imposibilite trabajar de forma fluida. En cambio, si el movimiento del cursor es demasiado grande con respecto al desplazamiento del ratón, entonces el control del cursor puede convertirse en una tarea imposible ya que nuestra resolución de movimiento de la mano puede ser insuficiente para controlar un movimiento tan rápido del cursor.

Pero estos dos casos extremos, no solo describen las cuestiones prácticas de interacción, sino que también describen cómo se está afectando la percepción del espacio del entorno de ventanas en que está trabajando el usuario. Efectivamente, en el primer caso, en el que el movimiento de cursor resulta muy lento, no solo se debe tener en cuenta que puede ralentizar en extremo el trabajo a realizar, sino que también se debe ser consciente que se está presentando un entorno al usuario que se percibe como muy grande. Este efecto viene de la relación que se establece entre el hecho de “cuesta moverse de un punto a otro”, con el concepto de “el desplazamiento implica una distancia muy grande en ese contexto”. En cambio, en el segundo caso, en el que resulta incontrolable el cursor por tener un movimiento muy rápido, además de la dificultad de realizar ciertos movimientos detallados, también se está percibiendo ese entorno como muy pequeño. En este caso, esta percepción proviene del hecho que al no costar realizar un desplazamiento de un extremo al otro del entorno, parece como si la razón fuese que la distancia es en realidad muy corta.


Percepción del entorno en función del mapeo.

Este tipo de mapeos sirven para enlazar la entrada de datos de un canal sensorial concreto del usuario (el movimiento del conjunto mano-ratón) sobre un elemento virtual (el cursor) que actúa de elemento de interacción en la experiencia del entorno. Pero también pueden existir mapeos que enlacen las acciones de estos elementos de interacción con estímulos finales de la propia experiencia.

Por ejemplo, en una aplicación de simulación los mapeos siempre intentan modelar o ajustarse a un tipo de relación acción-respuesta que se puede percibir en un sistema de nuestro entorno físico. Un simulador de vuelo es un ejemplo de este modelo. El mapeo que se define al mover el “volante” del avión de derecha a izquierda, respecto a la respuesta de vuelo, modela la relación mecánica que existe entre mover el volante y mover el timón de cola. Es decir, al mover el timón de forma que no quede alineado con la dirección de vuelo, provoca un choque lateral con el aire, que desplaza la cola del avión hacia el lado opuesto, resultando en un giro determinado del avión. Así pues, lo que se debe modelar es esta relación entre la magnitud de la rotación del volante y la magnitud de la rotación del avión, con el propósito de que el efecto percibido por el piloto sea el mismo que en el caso de un avión físico y así el alumno de piloto pueda aprender correctamente estas relaciones frente a sus acciones. Si el mapeo no se ajusta a la reacciones físicas, el alumno de piloto sería entrenado bajo unos parámetros erróneos y no podría transferir el conocimiento adquirido en el simulador al control del avión físico.

Un ejemplo más podría ser el de una visualización de un entorno de realidad virtual mediante un casco de visualización.  El sensor del casco detecta en todo momento la orientación (el giro a izquierda y derecha) de la cabeza del usuario. Esto lo notifica a la aplicación de visualización, la cual debe repercutir estos cambios, en cambios del punto de vista de la visualización gráfica y mostrarlo al usuario en las pantallas del casco. De esta forma el usuario debería estar viendo en cada momento el encuadre correcto como si él estuviese dentro del entorno virtual. El mapeo se define pues, como la concordancia entre el giro de la cabeza del usuario con respecto al giro del punto de vista virtual (PVV) dentro de la aplicación. Para decidir cual debe ser este mapeo, se deben establecer las correspondencias numéricas que rigen el sistema de visualización. Evidentemente, si se quiere definir un sistema de simulación de visión con respecto a la movilidad de cabeza humana, los grados de giro detectados por el sensor deben corresponder en una proporción 1:1 con los grados de giro del PVV. Es decir, si el usuario gira la cabeza 90 grados a la derecha, el PVV debe rotar también 90 grados a la derecha, de otra forma, como aplicación estrictamente de simulación de visión humana, el usuario encontraría desconcertante el efecto visual recibido como respuesta a su movimiento. Esta configuración le podría afectar el sentido del equilibrio a la vez que le crearía un modelo mental del entorno distinto al que le correspondería, debido a la falta de concordancia perceptual. En cambio, si la aplicación está definiendo un mapeo para la simulación de visión de un búho, seguramente el mapeo vendrá definido por una proporción de 1:2, es decir, si el usuario rota la cabeza 90 grados a la derecha, el PVV rotará 180 grados en la misma dirección.


Relación de mapeo entre un usuario humano, un modelo de mapeo de humano o de búho y el comportamiento del punto de vista virtual (PVV) correspondiente.

Como se puede apreciar, estos ejemplos muestran mapeos que afectan directamente los resultados finales, o en otras palabras, los estímulos de salida que podrá experimentar el usuario como respuesta a su interacción dentro del entorno.

Es importante tener en cuenta, y así se irá insistiendo a lo largo de esta asignatura, que no siempre es necesario basarse en la filosofía de la simulación. En otro tipo de aproximaciones distintas, por ejemplo en aproximaciones lúdicas o artísticas, no es necesario que los mapeos se basen en relaciones establecidas por modelos físicos. Esto abre un enorme abanico de posibilidades a explorar. Por otro lado, no es necesario tampoco que el mapeo se ajuste a las correspondencias naturales que muestran nuestros sentidos en nuestro entorno diario.

Interfaz física

La conexión entre el usuario y una aplicación interactiva, debe ajustarse a los canales sensoriales del usuario. Para esto se definen, por un lado, sistemas físicos que permiten medir ciertas propiedades o señales que el usuario puede emitir y las canaliza como entradas de la aplicación. Por otro lado, se definen sistemas físicos que permiten presentar las salidas de la aplicación, resultantes de la interacción, en un formato especialmente adaptado para que sean entendidas por los canales sensoriales del usuario. Los primeros se conocen por interfaces físicas de entrada o periféricos de entrada, mientras que los segundos se conocen por interfaces físicas de salida o, en inglés, displays. Es decir, las interfaces físicas son la zona de contacto entre dos entidades: el usuario y el sistema informático.

Por ejemplo, en el caso ratón-cursor, ya hemos comentado que el ratón es la interfaz física. Este es, de hecho, una interfaz física de entrada, la cual mediante una serie de mecanismos y circuitos, convierte la rotación de una pequeña esfera que sale por debajo, impulsada por la acción del brazo y la mano del usuario, en señales numéricas capaces de llegar al interior de la aplicación y ser gestionadas por el mapeo.

En esta configuración también existe una interfaz física de salida, aunque esta no se ha explicitado. Esta interfaz de salida es la pantalla o monitor del ordenador, la cual traduce las configuraciones del entorno de ventanas en imágenes capaces de ser entendidas por el sistema visual del usuario.

En el caso de la simulación del avión, la interfaz física de entrada es el volante, mediante el cual se detectan las acciones que el usuario, el aprendiz de piloto, desea ejercer sobre la aplicación (en otras palabras, el avión virtual). Las interfaces de salida son principalmente: la pantalla sobre la que se proyectan las imágenes del paisaje circundante y los diales que marcan el horizonte, la altitud, la velocidad, etc.

Finalmente, en el ejemplo de la visualización con casco, la interfaz de entrada es el sensor que detecta el cambio en la orientación de la cabeza del usuario y la interfaz de salida es el propio casco, con sus pantallas acopladas.

En los tres casos, el mapeo utiliza los datos de las entradas para poder adaptarlos a la funcionalidad interna de la aplicación, y adapta los resultados de la aplicación al formato que necesitan los canales de salida.

En secciones posteriores se describen los tipos de equipos físicos que se suelen utilizar en aplicaciones de realidad virtual y que configuran el abanico disponible de interfaces físicas más comunes.

Interfaz lógica

Frecuentemente, en el ámbito de las aplicaciones de simulación, la interfaz lógica es una representación virtual de la interfaz física. Por ejemplo, en aplicaciones que utilizan los guantes de datos, es frecuente utilizar manos virtuales como elemento de interacción interno a la aplicación. En el caso del simulador de vuelo no es tan claro que la interfaz lógica sea una representación del volante físico, pero aunque no tenga una representación visual homóloga, si se ha definido un volante virtual desde un punto de vista funcional. Algo muy parecido ocurre en el ejemplo de la visualización con casco de realidad virtual. En este caso tampoco existe una representación visual de la cabeza del usuario, pero el punto de vista virtual es una representación funcional de la misma.

De nuevo, el caso del ratón-cursor es un ejemplo muy interesante e ilustrativo. Aunque en este caso parecería que no estamos en una aplicación de simulación, casi desde sus inicios, los sistemas de ventanas han tomado la metáfora del escritorio para realizar sus funciones (la metáfora conocida en inglés como desktop). Es decir, sí estamos simulando una serie de objetos y funcionalidades. Pero en cambio, ni el ratón, como interfaz física, es un elemento propio de un escritorio físico (previo a los sistemas informáticos), ni el cursor, como interfaz lógica, resulta una representación de ningún elemento propio de un escritorio. Más interesante aún resulta el hecho que el cursor no es una representación virtual del ratón. El cursor no es más que un elemento icónico abstracto. Así pues, no siempre la interfaz lógica supone una representación virtual de la interfaz física.

En general, una interfaz lógica es aquel elemento informático que da referencia directa al usuario de las acciones que realiza con la interfaz física. Es decir, enlaza las entradas de datos provenientes de la interfaz física de entrada, realiza las acciones correspondientes dentro de la aplicación, según está definido por el mapeo, y se manifiesta a través de la interfaz física de salida.

 

Los tópicos

La Realidad Virtual, como ya hemos empezado a apreciar, es un medio relativamente nuevo y, como tal, desde sus orígenes, viene suscitando en la opinión pública una serie de expectativas que, a menudo, desvirtúan su verdadera esencia. Alrededor de tales expectativas, de cómo estas se ven frustradas por el mal planteamiento con el que se difunden sus aplicaciones e, inclusive, alrededor de los temores que surgen en el subconsciente colectivo cuando aparece un nuevo medio, se han ido forjando una serie de tópicos que debemos ahuyentar.

Los tópicos empobrecen la diversidad y entorpecen la creatividad ya que distraen de la observación atenta de una nueva potencialidad con su espejismo de lugar común.

Dos ilustraciones de Sir John Tenniel para “Through the Looking Glass”, de Lewis Carroll, 1872.

 

El tópico de la ilusión de espacio:

Si pedimos a alguien ajeno a este medio que nos explique qué significa para él la Realidad Virtual, veremos que, casi siempre, la respuesta empieza por una referencia a un espacio representado en 3D en el cual podemos desenvolvernos sin necesidad de estar presentes. Y más aún, la idea de estar en un sitio distinto, réplica de un lugar físico es del todo recurrente. Debemos admitir, pues, que la Realidad Virtual carga con un tópico: el de la ilusión de espacio. Ilusión de espacio tridimensional por proyección perspectiva en un soporte bidimensional: un sistema de representación fundamental para el desarrollo de la cultura occidental, herencia del renacimiento italiano, pero que (como todo sistema) tiene también sus limitaciones.

La Realidad Virtual carga con un tópico: el de la ilusión de espacio. Ilusión de espacio tridimensional por proyección perspectiva en un soporte bidimensional.

La geometría subyacente a los sistemas (hardware y software) es responsable del encasillamiento de la RV en la representación del espacio cartesiano.

Las limitaciones a las que debemos estar atentos son, en primer lugar, las del soporte bidimensional. Sea un lienzo, un monitor, una pantalla de proyección, un muro sobre el que pasa una sombra, los pequeños displays de un casco de realidad virtual o un simple espejo, los límites del soporte bidimensional son siempre los mismos, a saber: perímetro y superficie. Dichos límites físicos se traspasan a menudo y de diversas maneras, por ejemplo: cuando, siendo espectadores de un dibujo, sin darnos cuenta, tendemos a prolongar un trazo horizontal en un papel como si este fuera más ancho que el papel mismo y describiera un espacio implícito.  En segundo lugar se encuentran las limitaciones del sistema de representación en perspectiva, es decir, las limitaciones que presenta este sistema simbólico para describir el espacio cartesiano en el que se mueve la geometría euclídea. Dicha limitación se intenta superar en Realidad Virtual con una emulación de la visión humana, es decir, mediante la estereoscopia. En tercer lugar, tenemos las limitaciones que presenta el propio espacio cartesiano si lo comparamos con las múltiples concepciones espaciales que el conocimiento de nuestro tiempo provee, por ejemplo la geometría fractal o el espacio hiperbólico.

 

Obra de C. Gunn, D. Maxwell. Aproximación cartesiana a un espacio hiperbólico
Fotograma de la animación 3-d “Not Knot”, 1991
Aproximación euclíedea al plano fractal de Mandelbrot según Nick Lilavois.

Para resumir, diremos que, la geometría subyacente a los sistemas (hardware y software) es responsable del encasillamiento de la RV en la representación del espacio cartesiano y de la geometría euclídea.

Aún siendo base de muchas de las aplicaciones desarrolladas por la RV, tal ilusión de espacio tridimensional por proyección perspectiva sobre un soporte bidimensional, con o sin estereoscopia, debe ser contemplada solamente como una de entre tantas otras posibles vías de desarrollo y no como un objetivo en sí mismo ni mucho menos como una característica general de este medio.

El tópico de la ilusión de movimiento:

Al igual que el tópico de la ilusión de espacio, el de la ilusión de movimiento está incrustado, no sólo en la Realidad Virtual, sino que también en el resto de medios audiovisuales: desde los artilugios precinematográficos como el zootropo, pasando por el propio cine, el video o las animaciones por ordenador.


Imágenes de Eadweard Muybridge, 1870.

La ilusión de movimiento, mucho más moderna pues que la de espacio, ha influido enormemente en nuestra relación con los ordenadores desde el desarrollo de la interfaz gráfica de usuario. Los movimientos de la mano, mapeados sobre el cursor son un ejemplo de esta influencia. En la Realidad Virtual, el movimiento de objetos, de punto de vista y de otros sujetos son fórmulas que se convierten en tópico cuando perdemos de vista que forman parte de una ilusión. Vale la pena recordar que, en realidad, prescindiendo de dicha ilusión, el sistema calcula posiciones sucesivas en el tiempo o bien, (a otro nivel) suscita cambios en los valores de los píxeles en el tiempo.

Tal como nos recuerda el arte: el movimiento puede comprenderse de formas distintas en la pintura, la arquitectura, la danza, la fotografía, el cine o la literatura. Distintas entre sí, pero sobre todo distintas al uso convencional y tópico de dicho concepto.

Marcel Duchamp, Desnudo bajando la escalera, 1912

 

El tópico del realismo:

En su propio nombre, la Realidad Virtual contiene la raíz de otro tópico: el del mal llamado realismo. Visualmente, la realidad Virtual tiende al “fotorealismo”, es decir, al igual que, en su etapa de inmadurez, la fotografía burguesa se apropió de las estrategias enunciativas de la pintura de caballete y al igual que el cine de entretenimiento, en su infancia, era poco más que teatro enlatado, la RV padece de una crisis de identidad que le hace querer imitar a la fotografía y lo hace por envidia de su halo positivista de objetividad y veracidad.

En el tópico del realismo convergen los tópicos de la ilusión de espacio y de movimiento en sus versiones más conservadoras, obsesionadas por la mimesis, incapaces de reconocer las limitaciones de su visión del mundo y dándola por buena como fiel reflejo del mundo. Ajeno a la diferencia que existe entre el mundo y la percepción humana del mundo, el tópico del realismo (queramos o no) forja el pasado, presente y futuro de la tecnología de la Realidad Virtual.


Imagen promocional del producto QuickTime VR de Apple.

El conservadorismo estético (reflejo del conservadorismo de la industria y del mercado) diluye el potencial creativo de este nuevo medio con su vieja obsesión por confundir a nuestros sentidos hasta el límite de no poder distinguir lo real de lo virtual. Si eso llegara a ocurrir en el sentido en el que lo anuncian las promociones de las tarjetas aceleradoras, de los cascos estereoscópicos y de los paquetes de software, no habría en el mundo nada más convencional y aburrido que la Realidad Virtual.

 


Captura de pantalla del catálogo online de la empresa Viewpoint. Los iconos de la barra superior izquierda representan las categorías de modelos 3D de objetos en venta.

 

Actividades:

Se propone comparar las fechas clave de la evolución de la realidad virtual (desde los antecedentes hasta el presente) con la siguiente lista de hitos de la informática para tener una idea más clara de porqué la evolución de la realidad virtual siguió este curso:

1937   Turing formaliza su teoría matemática sobre la calculabilidad y define su máquina (conocida como Máquina de Turing) que es el precursor teórico de los ordenadores.
1946   Aparece el primer ordenador: el ENIAC.
1950   Aparece el primer monitor conectado a un ordenador (hasta entonces la interacción se hacía por impresora y tarjetas perforadas).
1952   Aparece el primer ordenador IBM, el modelo 701.
1955   Aparece el transistor que permitiría una importantísima reducción del tamaño de los ordenadores y un gran incremento de potencia de cálculo.
1956   Se acuña el término Inteligencia Artificial.
1958   Aparece el circuito integrado, un paso más en la miniaturización de los ordenadores.
1963   Ivan Sutherland construye su Sketchpad, el primer sistema de interfaz gráfica en un ordenador.
1969   Se crea ARPANET, la red precursora de Internet.
1970   Aparece el primer disquete blando o Floppy disk.
1975   Aparece el primer ordenador personal (PC o personal computer) con 256 bytes (no Kb ni mucho menos Mb) de RAM.
1977   Nace Apple Computer.
1979   Nace el videojuego PAC-MAN (o Come Cocos) en formato máquina de salón recreativo.
1981   Xerox inventa el “ratón” (mouse) y la Autoedición en un sistema de ventanas.
Aparece el primer PC de IBM.
1990   Se define el http como protocolo de comunicación sobre la red Internet, que junto con el lenguaje HTML hacen nacer el WWW (World Wide Web).

Referencias:

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