Pantalla montada en la cabeza y guantes con cable. Ver más imágenes de realidad virtual. Si recuerda el gran espectáculo de realidad virtual (VR) a principios de la década de 1990, probablemente tenga una idea muy específica de lo que incluye el equipo de realidad virtual. En ese entonces, podías ver pantallas montadas en la cabeza y guantes eléctricos en revistas, estantes de juguetes e incluso en películas:todo parecía futurista, de alta tecnología y muy voluminoso.
Ha pasado más de una década desde el frenesí inicial de los medios y, aunque otras tecnologías han avanzado a pasos agigantados, gran parte del equipo utilizado en las aplicaciones de realidad virtual parece haberse mantenido igual.
A pesar de las primeras impresiones, el campo de la tecnología de realidad virtual continúa avanzando, aunque a un ritmo más lento que la tecnología en otras disciplinas. Los avances suelen ser el resultado de otras industrias, como aplicaciones militares o incluso entretenimiento. Los inversores rara vez consideran que el campo de la realidad virtual sea lo suficientemente importante como para financiar proyectos a menos que existan aplicaciones específicas para la investigación relacionadas con otras industrias.
¿En qué tipo de equipo se basa la realidad virtual? Dependiendo de qué tan vagamente defina la realidad virtual, es posible que solo requiera una computadora con un monitor y un teclado o un mouse. La mayoría de los investigadores que trabajan en realidad virtual dicen que los verdaderos entornos virtuales dan al usuario una sensación de inmersión . Dado que es fácil distraerse y perder la sensación de inmersión al mirar la pantalla de una computadora básica, la mayoría de los sistemas de realidad virtual se basan en un sistema de visualización más elaborado. Otros dispositivos básicos, como un teclado, mouse, joystick o varita controladora , a menudo forman parte de los sistemas de realidad virtual.
En este artículo, veremos los diferentes tipos de equipos de realidad virtual y sus ventajas y desventajas. Comenzaremos con las pantallas montadas en la cabeza.
Contenido- Pantallas montadas en la cabeza
- Realidad Virtual y la CUEVA
- Mesas de trabajo de realidad virtual
- Ropa de realidad virtual
- Dispositivos de entrada de realidad virtual
- Sistemas de seguimiento de realidad virtual
Pantallas montadas en la cabeza
Una pantalla ligera montada en la cabeza Una pantalla montada en la cabeza (HMD ) es exactamente lo que parece:una pantalla de computadora que llevas en la cabeza. La mayoría de los HMD están montados en un casco o en un juego de gafas. Los ingenieros diseñaron pantallas montadas en la cabeza para garantizar que, sin importar en qué dirección mirara un usuario, un monitor permanecería frente a sus ojos. La mayoría de los HMD tienen una pantalla para cada ojo, lo que le da al usuario la sensación de que las imágenes que está mirando tienen profundidad.
Los monitores en un HMD suelen ser pantallas de cristal líquido (LCD), aunque es posible que encuentre modelos más antiguos que usan pantallas de tubo de rayos catódicos (CRT). Los monitores LCD son más compactos, livianos, eficientes y económicos que las pantallas CRT. Las dos principales ventajas que tienen las pantallas CRT sobre las LCD son la resolución y el brillo de la pantalla. Desafortunadamente, las pantallas CRT suelen ser voluminosas y pesadas. Casi todos los HMD que los usan son incómodos de usar o requieren un mecanismo de suspensión para ayudar a compensar el peso. Los mecanismos de suspensión limitan el movimiento del usuario, lo que a su vez puede afectar su sensación de inmersión.
Algunos modelos HMD usan otras tecnologías de visualización, aunque son muy raros. Otras tecnologías de visualización incluyen:
Hay muchas razones por las que los ingenieros rara vez usan estas tecnologías de visualización en los HMD. La mayoría de estas tecnologías tienen resolución y brillo limitados. Varios son incapaces de producir nada más que una imagen monocromática. Algunas, como las tecnologías de pantalla de plasma y VRD, pueden funcionar muy bien en un HMD, pero tienen un costo prohibitivo.
Muchas pantallas montadas en la cabeza incluyen parlantes o auriculares para que puedan proporcionar salida de video y audio. Casi todos los HMD sofisticados están conectados a la CPU del sistema de realidad virtual mediante uno o más cables; los sistemas inalámbricos carecen del tiempo de respuesta necesario para evitar retrasos o latencia. cuestiones. Los HMD casi siempre incluyen un dispositivo de seguimiento para que el punto de vista que se muestra en los monitores cambie a medida que el usuario mueve la cabeza. (Examinaremos los dispositivos de seguimiento en una sección posterior).
Algunos sistemas utilizan un conjunto especial de anteojos o gafas protectoras junto con otro hardware de visualización. En la siguiente sección, veremos un sistema de este tipo:la pantalla CAVE.
La pantalla definitivaIvan Sutherland, un científico ampliamente considerado como el padre de la realidad virtual, describió el último aparato de visualización de computadora en 1965. Escribió que consistiría en una habitación donde una computadora controlaría la existencia de la materia. La computadora sería capaz de crear objetos virtuales que, para un usuario dentro de la habitación, parecían ser materia real y sólida. Los escritores de "Star Trek:The Next Generation" tomaron prestado este concepto y lo llamaron Holodeck. Desafortunadamente, la ciencia ficción es lo más cerca que podemos estar de la exhibición definitiva por el momento [Fuente:Universidad de Utah, Escuela de Informática].
Realidad Virtual y la CUEVA
Un sistema CAVE VR permite al usuario moverse Estudiantes e investigadores de la Universidad de Illinois - Chicago desarrollaron lo que muchos especialistas en realidad virtual consideran que es el sistema de visualización más inmersivo para entornos de realidad virtual. Se llama el sistema CAVE, que significa Cave Automatic Virtual Environment.
Una CUEVA es una pequeña habitación o cubículo donde al menos tres paredes (ya veces el suelo y el techo) actúan como monitores gigantes. La pantalla le brinda al usuario un campo de visión muy amplio, algo que la mayoría de las pantallas montadas en la cabeza no pueden hacer. Los usuarios también pueden moverse en un sistema CAVE sin estar atados a una computadora, aunque aún deben usar un par de gafas divertidas que son similares a las gafas 3-D.
Las paredes activas son en realidad pantallas de retroproyección. Una computadora proporciona las imágenes proyectadas en cada pantalla, creando un entorno virtual cohesivo. Las imágenes proyectadas están en un estereoscópico y se proyectan en un patrón de alternancia rápida. Los lentes de las gafas del usuario tienen obturadores que se abren y cierran en sincronización con las imágenes alternas, lo que proporciona al usuario la ilusión de profundidad.
Los dispositivos de seguimiento conectados a las gafas le indican a la computadora cómo ajustar las imágenes proyectadas mientras camina por el entorno. Los usuarios normalmente llevan una varita controladora para interactuar con objetos virtuales o navegar por partes del entorno. Más de un usuario puede estar en una CUEVA al mismo tiempo, aunque solo el usuario que lleva el dispositivo de seguimiento podrá ajustar el punto de vista; todos los demás usuarios serán observadores pasivos.
En la siguiente sección, veremos otro tipo de pantalla de realidad virtual llamada banco de trabajo.
Camina por el Lado VirtualSi bien CAVE brinda al usuario más libertad de movimiento que otras configuraciones de realidad virtual, todavía es bastante limitado:la mayoría de los sistemas CAVE tienen 10 pies cuadrados o menos. Varios investigadores de la Universidad de Carolina del Norte - Chapel Hill desarrollaron una técnica para expandir el tamaño de una CUEVA artificialmente. La técnica se llama caminar redirigido -- el sistema engaña al usuario para que camine por un camino curvo, pero el usuario cree que está siguiendo una línea recta. Para lograr esto, el sistema de realidad virtual gira lenta e imperceptiblemente el entorno virtual alrededor del usuario. Esto hace que el usuario se sienta como si estuviera desequilibrado, por lo que se ajusta para volver a la normalidad. El resultado final es que el sistema puede influir en el usuario para que camine en círculos mientras cree que está siguiendo un camino recto e ininterrumpido [Fuente:Universidad de Carolina del Norte - Chapel Hill].
Mesas de trabajo de realidad virtual
Los bancos de trabajo de realidad virtual son monitores de gran tamaño que permiten que varias personas los vean al mismo tiempo. Descubra cómo funcionan los bancos de trabajo de realidad virtual. Un sistema de visualización que, según algunos investigadores de realidad virtual, solo está relacionado tangencialmente con los entornos virtuales es la pantalla del banco de trabajo. A principios de los años 90, el científico de enlace de ciencias informáticas de la Oficina de Investigación Naval, Larry Rosenbaum, dirigió un equipo de ingenieros de realidad virtual de la Marina en la creación de un monitor de pantalla grande que permitía que varios usuarios lo vieran al mismo tiempo. Los usuarios pueden ver la pantalla verticalmente o inclinada horizontalmente como una mesa o un banco.
Los usuarios usan gafas especiales mientras miran el banco de trabajo, tal como lo harían en un sistema CAVE. Cada usuario ve la misma imagen proyectada desde la pantalla del banco de trabajo. Debido a la proyección estereoscópica y los obturadores de las lentes de las gafas, los objetos que se muestran en el banco de trabajo parecen tridimensionales.
La razón por la que algunos investigadores de realidad virtual sienten que el banco de trabajo no es una representación real de la creación de un entorno virtual se debe a la inmersión. Debido a que el usuario está mirando una pantalla que no llena su campo de visión, permanece consciente de que está en el mundo real, aunque ese mundo ahora incluye objetos virtuales que puede manipular. No hay un entorno virtual para explorar:si el usuario mira hacia otro lado de la pantalla, verá una habitación física ordinaria. Sin embargo, esto no cambia el hecho de que las pantallas de banco de trabajo pueden ser muy útiles.
Uno de los usos de la pantalla del banco de trabajo es la formación médica. Un cirujano puede practicar un procedimiento en un paciente virtual tridimensional mientras está rodeado por un personal médico real. Si el cirujano fuera a realizar el mismo procedimiento usando un HMD, las personas a su alrededor serían personajes bajo el control de la computadora o avatares de la computadora. representando a otros humanos. Con la pantalla del banco de trabajo, la interacción con otras personas es natural y completamente real.
Las pantallas de banco de trabajo también son útiles para los tácticos militares. Los programadores pueden crear representaciones tridimensionales realistas de los campos de batalla, brindando al personal militar una visión precisa de las situaciones de batalla. Un buen modelo también puede revelar cuellos de botella potenciales o campamentos enemigos ocultos.
Otras aplicaciones que utilizan pantallas de banco de trabajo incluyen la visualización de investigaciones científicas o investigación y desarrollo de productos.
En la siguiente sección, veremos algunos de los dispositivos que permiten a los usuarios interactuar con entornos virtuales.
Wii RealidadEl controlador de varita inalámbrico de Nintendo Wii realmente podría beneficiar a los ingenieros que trabajan en realidad virtual. La varita es inalámbrica e incluye giroscopios y acelerómetros , lo que significa que puede detectar movimiento, inclinación y rotación. En comparación con otros dispositivos de interfaz, el controlador de Wii es asequible y fácil de usar. Algunos investigadores de realidad virtual ya están trabajando para adaptar el controlador de Wii para su uso en sistemas de realidad virtual, mientras que otros esperan que el control remoto sea solo el primero en una tendencia de desarrollos de interfaz económicos.
Ropa de Realidad Virtual
Este DataSuit interpreta los movimientos del usuario, traducirlos en acciones dentro de un entorno virtual. Si bien la creación de gráficos y sistemas de visualización impresionantes sigue siendo una parte importante de la experiencia de realidad virtual, muchos investigadores creen que desarrollar dispositivos intuitivos para la interacción del usuario es más crucial. Los dispositivos interactivos básicos como teclados o joysticks son fáciles de usar, pero también tienden a dificultar la sensación de inmersión. Idealmente, un usuario no sería consciente del dispositivo de interacción por completo.
Aunque el progreso ha sido lento, todavía hay algunos avances interesantes en las interfaces hombre-máquina (HMI). Si bien muchas industrias ayudan a impulsar el desarrollo de la tecnología gráfica, no muchas tienen un interés personal en explorar nuevos tipos de HMI. Por lo general, las industrias involucradas en el avance de HMI incluyen el campo del entretenimiento, las instituciones académicas y las pequeñas empresas de realidad virtual. Aún así, hay varios dispositivos HMI interesantes que se utilizan en algunos sistemas de realidad virtual. Particularmente interesantes son los dispositivos diseñados para ser usados por los usuarios. Estos incluyen guantes y monos.
Los guantes han desempeñado un papel en la moda de la realidad virtual desde el principio, a pesar de que los diseñadores originales no tenían necesariamente la intención de que se usaran en los sistemas de realidad virtual. Usando un guante con cable, puede interactuar con objetos virtuales haciendo varios gestos con las manos. Mucha gente llama a los guantes DataGloves o Power Gloves, aunque ambos términos se refieren específicamente a modelos particulares de guantes y no son términos genéricos. No todos los guantes funcionan de la misma manera, aunque todos comparten el mismo propósito:permitir que el usuario manipule los datos de la computadora de manera intuitiva.
Algunos guantes miden la extensión de los dedos a través de una serie de cables de fibra óptica. La luz pasa a través de los cables desde un emisor hasta un sensor. La cantidad de luz que llega al sensor cambia según la forma en que el usuario sostiene los dedos; si cierra los dedos en un puño, llegará menos luz al sensor, que a su vez envía estos datos a la CPU del sistema de realidad virtual. . En general, este tipo de guantes necesitan ser calibrados para cada usuario para que funcionen correctamente. El DataGlove oficial es un guante de fibra óptica.
Otros guantes usan tiras de material flexible recubiertas con una tinta conductora de electricidad para medir la posición de los dedos del usuario. A medida que el usuario dobla o estira los dedos, cambia la resistencia eléctrica a lo largo de las tiras. La CPU interpreta los cambios en la resistencia y responde en consecuencia. Estos guantes son menos precisos que los guantes de fibra óptica, pero también tienden a ser mucho menos costosos.
Por supuesto, si desea un guante realmente preciso y con capacidad de respuesta, debe usar un maestro de mano diestro (DHM). El DHM utiliza sensores conectados a cada articulación de los dedos. Conectas los sensores a tus articulaciones con enlaces mecánicos, lo que significa que el guante es como un exoesqueleto. Estos guantes son más precisos que los guantes de fibra óptica o los que usan material conductor de electricidad, pero también son engorrosos y torpes.
En la siguiente sección, veremos los dispositivos de entrada de realidad virtual.
Guante de poder al rescateLos diseñadores externos crearon el Power Glove como un accesorio para el sistema de entretenimiento de Nintendo, pero los investigadores de realidad virtual se dieron cuenta rápidamente de que podían usar la tecnología para sus propios dispositivos. El guante no era tan versátil como el DataGlove, pero era mucho menos costoso e incluía un panel de control montado en el antebrazo. Los diseñadores de sistemas de realidad virtual adaptarían muchas otras tecnologías para su propio uso.
Dispositivos de entrada de realidad virtual
VirtuSphere permite a los usuarios ejecutar en cualquier dirección que elijan. Si no tiene un sistema CAVE o el dinero para gastar en un DataSuit, todavía hay algunas opciones disponibles para brindarles a los usuarios una forma de moverse por un entorno virtual sin usar una varita o un joystick. Los investigadores creen que los dispositivos que permiten una navegación más natural dentro de un entorno de realidad virtual también aumentan la sensación de inmersión del usuario. Con esto en mente, ingenieros y científicos desarrollaron algunos sistemas diferentes para la navegación del usuario.
Un sistema es la cinta de correr. Una cinta de correr es útil porque el usuario permanece inmóvil con respecto al mundo real, pero se siente como si realmente estuviera caminando por el entorno virtual. Los investigadores han descubierto que es relativamente sencillo vincular una cinta de correr a un sistema informático para que los pasos del usuario produzcan un ajuste adecuado en los gráficos del sistema. Una limitación obvia de las cintas de correr normales es que solo puedes caminar en dos direcciones:hacia atrás o hacia adelante.
Algunas empresas han desarrollado cintas de correr omnidireccionales. Estos dispositivos permiten al usuario dar un paso en cualquier dirección. Las cintas de correr normales usan un solo motor, que ejerce fuerza hacia adelante o hacia atrás en relación con el usuario. Las cintas de correr omnidireccionales utilizan dos motores:desde la perspectiva del usuario, la cinta de correr puede ejercer fuerza hacia adelante, hacia atrás, hacia la izquierda o hacia la derecha. Con ambos motores trabajando juntos, la máquina para correr puede permitir que un usuario camine en cualquier dirección que elija sobre una superficie para caminar envuelta alrededor de un complejo sistema de cinturones y cables.
Una alternativa a una cinta de correr es una alfombra de presión. Es posible que haya visto tapetes de presión utilizados con videojuegos como "Dance Dance Revolution". Hay muchos tipos de sensores de presión, aunque los más comunes son los sensores de presión electromecánicos. Un sensor de presión electromecánico es un relé que se activa cuando se aplica presión al sensor. Cuando el circuito se cierra, una corriente eléctrica lo atraviesa, lo que indica a la CPU que realice cambios en la salida gráfica enviada al usuario.
La empresa VirtuSphere, Inc. ofrece una forma única para que los usuarios se muevan dentro de un entorno virtual. Parece una bola de hámster de tamaño humano:el usuario entra en la esfera y camina en ella. La esfera descansa sobre una plataforma estable que tiene varias ruedas apoyadas contra la esfera, lo que le permite rodar en cualquier dirección mientras permanece en la misma posición fija. Los sensores en las ruedas le dicen a la CPU en qué dirección camina el usuario, y la vista dentro del HMD del usuario cambia en consecuencia.
Dentro de los sistemas CAVE, algunos investigadores de realidad virtual están experimentando con una técnica llamada háptica pasiva. . "Haptics" se refiere al sentido del tacto, por lo que un sistema háptico es el que proporciona al usuario una retroalimentación física. Un joystick con tecnología de retroalimentación de fuerza es un ejemplo de un dispositivo de interfaz háptica. Los hápticos pasivos son un poco diferentes en el sentido de que no ejercen fuerza activamente contra un usuario. En cambio, los hápticos pasivos son objetos que representan físicamente elementos virtuales en un entorno de realidad virtual. Por ejemplo, una mesa plegable real podría funcionar como un mostrador de cocina virtual. Tener algo real para tocar en un entorno virtual mejora la sensación de inmersión del usuario y lo ayuda a navegar a través de la simulación.
En la siguiente sección, veremos los tipos de sistemas de seguimiento que encuentra en HMD, DataGloves y otros equipos de realidad virtual.
El caminante de cuerdas El caminante de cuerdasUna compañía japonesa ha desarrollado una caminadora omnidireccional única llamada String Walker. El dispositivo tiene forma de anillo, con ocho cuerdas ensartadas a lo largo del diámetro del dispositivo. El usuario puede caminar sobre las cuerdas en cualquier dirección. El String Walker debutó en Estados Unidos en SIGGRAPH 2007, una conferencia centrada en gráficos por computadora y dispositivos de interacción.
Sistemas de seguimiento de realidad virtual
Los dispositivos de seguimiento son componentes intrínsecos de cualquier sistema de realidad virtual. Estos dispositivos se comunican con la unidad de procesamiento del sistema, indicándole la orientación del punto de vista del usuario. En los sistemas que permiten a un usuario moverse dentro de un espacio físico, los rastreadores detectan dónde se encuentra el usuario, la dirección en la que se mueve y su velocidad.
Hay varios tipos diferentes de sistemas de seguimiento que se utilizan en los sistemas de realidad virtual, pero todos ellos tienen algunas cosas en común. Pueden detectar seis grados de libertad (6 grados de libertad ) -- estas son la posición del objeto dentro de las coordenadas x, y y z de un espacio y la orientación del objeto. La orientación incluye la guiñada de un objeto , tono y rueda .
Desde la perspectiva del usuario, esto significa que cuando usa un HMD, la vista cambia a medida que mira hacia arriba, hacia abajo, hacia la izquierda y hacia la derecha. También cambia si inclinas la cabeza en ángulo o mueves la cabeza hacia adelante o hacia atrás sin cambiar el ángulo de tu mirada. Los rastreadores en el HMD le dicen a la CPU dónde está mirando y la CPU envía las imágenes correctas a las pantallas de su HMD.
Cada sistema de seguimiento tiene un dispositivo que genera una señal, un sensor que detecta la señal y una unidad de control que procesa la señal y envía información a la CPU. Algunos sistemas requieren que conecte el componente del sensor al usuario (o al equipo del usuario). En ese tipo de sistema, colocas los emisores de señales en puntos fijos del entorno. Algunos sistemas son al revés, con el usuario usando los emisores mientras está rodeado por sensores conectados al entorno.
Las señales enviadas desde los emisores a los sensores pueden tomar muchas formas, incluidas señales electromagnéticas, señales acústicas, señales ópticas y señales mecánicas. Cada tecnología tiene su propio conjunto de ventajas y desventajas.
Para obtener más información sobre el equipo utilizado en los sistemas de realidad virtual, consulte los enlaces en la página siguiente.