Introducció a la realitat virtual
PID_00150736
Cap part d'aquesta publicació, incloent-hi el disseny general i la coberta, no
pot ser copiada,
reproduïda, emmagatzemada o transmesa de cap manera ni per cap mitjà, tant si
és elèctric com
químic, mecànic, òptic, de gravació, de fotocòpia o per altres mètodes, sense
l'autorització
prèvia per escrit dels titulars del copyright.
1.Virtualitat
La imatge d'una persona connectada a un ordinador mitjançant un casc estrany i un
guant cobert de cables és la visió popular de la realitat virtual: una forma de comunicació
associada erròniament a una tecnologia determinada.
Sistema de realitat virtual basat en casc i guants de dades
Un mitjà mitificat en gran manera a causa de la desinformació promoguda en certes
fantasies cinematogràfiques que provenen de Hollywood.
Escena d'El tallador de gespa (The Lawnmower Man)
Certament, la realitat virtual ha arribat al públic com a producte abans que com a
projecte comunicacional, i això comporta una gran confusió.
Ulleres Glastron de SONY
La confusió a què ens referim s'estén fins al pla de la terminologia, en què s'abusa
del binomi realitat virtual per a referir-se a animacions per ordinador, imatges fixes vectorials i, fins i tot,
arriba a confondre's amb el terme virtualitat, de manera que perd l'especificitat que té. Atendre aquestes confusions va més enllà
del pla anecdòtic i pot ser un bon principi per a aclarir algunes de les propietats
específiques de la realitat virtual.
1.1.Propietats de la realitat virtual
Els éssers humans ens caracteritzem pel fet de prendre decisions constantment. Aquestes
decisions es donen en un espai i un temps. Amb el mateix criteri amb què prenem decisions
sobre si ens hem de desplaçar a peu o bé amb cotxe (valorant la comoditat, la velocitat,
el propòsit, el temps i la distància del desplaçament), optem en cada cas per un tipus
o un altre de comunicació amb les entitats i amb les persones: en un banc ens fixem
en les cues o en l'horari per decidir entre una finestreta o un caixer automàtic;
en un parc d'atraccions ens fixem si estem cansats o en la climatologia per decidir
entre una muntanya russa o un joc de simulació de vol en parapent al costat mateix
de la cafeteria; en un restaurant mirem la cartera i decidim si paguem en efectiu
o bé amb targeta de crèdit; en una biblioteca la pressa ens obliga a fer la consulta
des d'un terminal o bé ens permetem el luxe de perdre'ns pel mig de passadissos plens
de llibres. Avui dia no ens inquieta establir relacions interpersonals per telèfon,
en les quals no compartim un espai físic amb els interlocutors. Deixem que la veu
sigui la nostra presència en algun lloc, mentre el cos és en un altre de diferent.
El correu electrònic facilita que, a més, aquesta comunicació es doni de manera asíncrona,
és a dir, sense que l'emissió i la recepció hagin de coincidir en un mateix moment.
Si analitzem qualsevol d'aquests exemples, ens adonem fins a quin punt vivim en un
món en què el físic es complementa, se superposa i, fins i tot, arriba a confondre's
amb el virtual.
Com hem vist en el paràgraf anterior, en l'actualitat, les tecnologies digitals de
la informació i de la comunicació formen part de les nostres vides quotidianes fins
al punt que arriben a passar-nos inadvertides. Els programadors i els dissenyadors
d'aquestes tecnologies anomenen aquest fet transparència i sol ser un dels seus objectius principals. Quan ens adonem que alguna activitat
de la nostra vida ha canviat d'entorn, i s'ha desplaçat del món físic al de la tecnologia
digital, sovint recorrem a la paraula virtualitat. No s'ha de pensar, però, que totes aquestes activitats han passat a la realitat
virtual. Així, doncs, realitat virtual és tan sols un subconjunt petit de totes aquestes
tecnologies digitals de la informació i de la comunicació, i hem d'aprendre a diferenciar-la
de la resta.
Cartell de la pel·lícula Johnny Mnemonic, de Richard Longo
A continuació, i per acabar aquest apartat introductori, proposem la taula següent,
en què se situa la realitat virtual en la complexitat de la comunicació audiovisual.
|
RV en l'àmbit de la comunicació audiovisual
|
|
|---|---|
|
Comunicació audiovisual
|
Tots els mitjans audiovisuals: inclou ràdio, cinema, televisió, multimèdia, WWW, realitat
virtual, etc.
|
|
Comunicació audiovisual digital
|
Tots els mitjans audiovisuals en què intervenen ordinadors. Són, per exemple, les
pel·lícules gravades en DVD per a consum domèstic, les caràtules de molts programes
televisius o una bona part dels efectes especials del cinema.
|
|
Comunicació audiovisual digital interactiva
|
Només els mitjans audiovisuals en què intervenen ordinadors i en què preveuen la influència
recíproca entre el sistema i els usuaris. Són, per exemple, els productes editorials
multimèdia, els sistemes de comerç electrònic o els caixers automàtics.
|
|
Comunicació audiovisual digital interactiva generada en temps real
|
Són només els sistemes de realitat virtual. Inclou els sistemes de realitat virtual
de sobretaula, com el VRML, i les instal·lacions audiovisuals interactives en què
els estímuls es generen instantàniament i d'acord amb la informació que el sistema
extreu dels participants per mitjà de sensors i altres dispositius.
|
2.Del passat al present de la realitat virtual
Els qui tracen una línia des de la realitat virtual actual cap al passat gairebé ho
fan sempre des d'una òptica exclusivament tecnològica. És evident que la tecnologia
és una referència important en la història i l'evolució de qualsevol branca de la
ciència. La tecnologia és, al cap i a la fi, la que permet de dur a terme les experiències
i acaba donant una forma o una altra als resultats finals.
No obstant això, en aquesta assignatura es comença per descriure els antecedents conceptuals
de la realitat virtual. Sense menysprear la tecnologia de cada moment, allò que genera
l'impuls per a desenvolupar una certa tecnologia són les idees que hi ha al darrere.
Aquestes idees són les que van forjar no solament la tecnologia de la realitat virtual
sinó també les diverses facetes, aplicacions, propietats audiovisuals, etc., de la
realitat virtual. Aquest apartat i el següent se centren, doncs, en aquests conceptes
que han guiat la realitat virtual des dels antecedents fins al present, passant pels
inicis.
Com es veurà al llarg d'aquesta assignatura, una de les idees bàsiques que bateguen
darrere de la realitat virtual és la d'aconseguir portar la interacció persona-ordinador
al límit, de manera que aquesta interacció sigui tan propera com es pugui a la comunicació
humana. Per aquesta raó, s'ha posat molt d'esforç a estudiar els sistemes sensorials
humans i les formes en què es poden generar estímuls per a incidir sobre aquests sistemes.
Des d'aquest punt de vista, la primera referència a un antecedent de la realitat virtual
mostra un intent clar d'integrar diversos estímuls a un sol sistema. Aquest precedent
va ser el Sensorama, patentat per Morton Heilig, un cineasta jove i audaç, el 1956,
als Estats Units.
El Sensorama era una mena de cabina unipersonal, on l'espectador havia d'asseure's
i mirar cap a un visor especial semblant al periscopi d'un submarí. S'hi projectaven
pel·lícules estereoscòpiques (és a dir, amb un punt de vista diferent per a cada ull,
que creava l'efecte de tres dimensions) en color, d'aproximadament dos minuts de durada.
Aquestes imatges anaven acompanyades d'una banda sonora, d'efectes d'aire, olors i
moviment o vibració del seient de l'usuari. Aquest sistema no era controlat per un
ordinador i encara menys era interactiu, tot i que ja mirava de crear una primera
experiència mitjançant els estímuls humans i de desenvolupar un inici d'interfície
persona-màquina (encara que no de persona-ordinador).
Sensorama de Morton Heilig
Una de les pel·lícules més referenciades és la d'un recorregut amb motocicleta per
Nova York. Durant l'experiència, l'usuari experimentava una vibració en el seient
semblant a la que s'experimenta en una moto. L'usuari veia en tres dimensions el recorregut
pels carrers de Manhattan, sentia les botzines dels cotxes, sentia l'aire a la cara
i olorava alguna de les possibles olors de la ciutat, per exemple la d'una floristeria.
Com s'ha dit, aquest sistema no es pot considerar realitat virtual perquè no funcionava
amb ordinador, sinó que era totalment mecànic, basat en pistes de codis que es gravaven
sobre la pel·lícula al costat de la pista de so, no era interactiu i tot estava fixat
per endavant. No obstant això, l'objectiu multisensorial que tenia és remarcable.
Anant encara més enrere en el temps, hi ha qui considera El palacio de los destinos de Leibniz, cap a l'any 1710 (Steinhart, 1997), el primer text que fa referència
a una possible realitat virtual com a exemple d'una estructura capaç d'estimular tots
els sentits i generar en temps real experiències d'entorns que no hi són físicament.
2.1.El pare de la realitat virtual
El treball postdoctoral d'Ivan Sutherland, de l'any 1965, va establir les bases d'un
sistema multisensorial basat en ordinador, al qual va anomenar The Ultimate Display (que es pot traduir per "La interfície persona-ordinador òptima"). Sutherland ja
era llavors el pare del primer sistema d'interfície gràfica per llapis òptic (l'Sketchpad)
i el seu treball teòric tenia constantment l'objectiu de facilitar al màxim la interacció
entre les persones i els ordinadors. Per tant, no és estrany que, fruit de les seves
investigacions i especulacions, arribés a la definició d'un sistema que fins i tot
permetria a les persones d'interactuar amb els ordinadors mitjançant els sentits del
gust i l'olfacte: "Si la tasca del dispositiu és servir de mirall vers el país de
les meravelles matemàtiques construït en la memòria de l'ordinador, hauria de servir
a tots els sentits com fos possible. Fins on jo sé, ningú no proposa seriosament dispositius
d'olfacte o gust." ("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. Sota far as I know, no one seriously proposes computer displays
of smell, or taste.") (Sutherland, 1965)
2.1.1.The Ultimate Display
Sovint es fa referència a l'Ultimate Display i a l'autor d'aquest sistema amb l'objectiu
d'atribuir-los el desig d'arribar a una noció de realitat virtual com a eina de simulació
realista amb la qual un dia es podria substituir la realitat que ens envolta, però
això no és ben bé així. D'una banda, el terme realitat virtual encara no s'havia encunyat. De l'altra, la tecnologia encara no permetia de portar
a la pràctica cap de les especulacions de Sutherland.
Sutherland, en dissertar sobre el seu Ultimate Display, volia aconseguir un sistema
per a guanyar familiaritat amb conceptes que no es poden dur a terme en el nostre món físic, per a entendre
més bé aquests conceptes i per a fer-ho de manera que facilités l'accés dels usuaris
a una eina tan allunyada del funcionament humà i que requeria uns coneixements tan
específics. Una manera d'acostar-nos al país de les meravelles matemàtiques.
2.1.2.L'Espasa de Dàmocles
Al cap de tres anys de la descripció de l'Ultimate Display, concretament el 1968,
Sutherland va dissenyar, partint del que va establir en el seu plantejament teòric,
el que es pot considerar el primer casc d'RV amb el primer sistema de detecció de
l'orientació del punt de vista de l'usuari. D'aquest sistema, se'n va dir Espasa de Dàmocles per l'estranya construcció que tenia i per la forma en què penja per sobre del cap
de l'usuari.
El funcionament del sistema era el següent. Un braç mecànic articulat, fixat al sostre,
sostenia un sistema de visualització compost de dues pantalles petites (CRT) amb un
suport per a ajustar-lo al cap d'un usuari. Les articulacions del braç tenien potenciòmetres
que mesuraven els canvis d'orientació del cap de l'usuari. Un ordinador generava parells
estereoscòpics d'imatges d'objectes en tres dimensions representats en format de filferro
(wire frame) mitjançant una projecció en perspectiva, les quals eren enviades a les pantalles
del sistema de visualització i, d'aquesta manera, permetien a l'usuari de veure els
objectes. Els moviments de l'usuari, detectats pels sensors de les articulacions del
braç, eren enviats a l'ordinador amb l'objectiu de modificar l'orientació del punt
de vista dins de l'entorn geomètric definit pels objectes.
Malgrat aquesta posada en pràctica d'una part de la seva teoria, la tecnologia del
moment era encara massa primitiva i els ordinadors massa lents per a començar treballs
fructífers i concrets en aquesta direcció. Aquesta anticipació de Sutherland al seu
temps va fer que aquesta tecnologia quedés aparcada fins al cap d'uns anys.
2.1.3.Realitat artificial i el Videoplace de Krueger
No va ser fins a l'any 1975 quan algú va fer una aportació en aquesta direcció. Va
ser Myron Krueger qui, aprofitant la important reducció de mida dels ordinadors (surten
els primers PC), l'increment en capacitat de càlcul i la important reducció de cost,
comença a parlar de realitat artificial amb el seu sistema d'interacció anomenat Videoplace (Krueger, 1985).
Curiosament, el seu sistema no utilitzava cap component del sistema de Sutherland,
sinó que es basava en una tecnologia ben diferent. Bàsicament, el seu sistema aprofitava
la captació de la silueta de l'usuari mitjançant una càmera de vídeo, per a fer un
seguiment de les extremitats i el cap com a elements d'interacció.
El que és més sorprenent és que tot aquest sistema estava basat en gràfics d'ordinador
en dues dimensions. Això trenca tots els tòpics de la realitat virtual com a tecnologia
orientada a representar entorns generats per ordinador en tres dimensions i amb projecció
perspectiva. No obstant això, els científics relacionats amb la realitat virtual estan
d'acord a qualificar el Videoplace de Krueger un sistema de realitat virtual.
Aquest sistema de Krueger, que va continuar desenvolupant durant anys, ha tingut moltes
aplicacions especialment en els terrenys de l'entreteniment i l'art, concretament
a partir de la continuació que en va fer el canadenc David Rockeby o els també canadencs
Vivid Group.
2.1.4.La tecnologia evoluciona
A partir d'aquest punt, es perd en gran manera el desig de definir uns fonaments que
guiïn l'evolució de la realitat virtual des d'un punt de vista de concepte i es comença
a treballar a desenvolupar la tecnologia al servei, d'una banda, de la generació d'estímuls
i, de l'altra, de sistemes per a detectar les accions de l'usuari.
D'aquesta manera, la resta dels setanta va servir per a desenvolupar maquinari específic
com el guant de dades Data Glove (1977), dissenyat per Sandin, Sayre i DeFanti a la
Universitat d'Illinois, a Chicago. També es desenvolupen els primers sensors de posició,
com els Polhemus (1979), basats en tecnologia de camp magnètic. Els ordinadors, però,
encara eren massa voluminosos, cars i poc capaços gràficament perquè la tecnologia
explotés.
2.1.5.El casc i el guant
Encara que el 1981 surten els primers simuladors de vol controlats per ordinador,
els perifèrics estrella de la realitat virtual els vuitanta són el casc i el guant.
L'any 1985, NASA Ames configura el primer sistema que es considera complet d'interacció
amb estímuls múltiples. Entre les característiques que tenia, hi havia que disposava
d'un casc de tipus Leep, un sistema de so especialitzat de tipus Convolvotron de Crystal
River Engineering, sensors magnètics de posició i orientació de tipus Polhemus i guants
VPL DataGlove.
Va ser també el 1985 quan Jaron Lanier funda la primera empresa dedicada a fabricar
perifèrics de realitat virtual (VPL Inc.) i no va ser fins a 1989 quan encunya el
binomi realitat virtual amb un gran èxit d'atenció de la premsa i els mitjans de comunicació, que, per bé
o per mal, fan que es consolidi com el terme definitori d'aquesta tecnologia.
L'interès creat pels mitjans de comunicació, sumat al gran impacte que oferia la imatge
d'un usuari que portava aquests perifèrics estranys, va engendrar el tòpic que associa
la realitat virtual amb un casc i un guant. És cert que totes dues tecnologies, com
a sistema de visualització i com a sistema d'interacció, han aportat un potencial
enorme als investigadors en molts àmbits. No obstant això, associar la realitat virtual
a una tecnologia concreta és un error i així ho ha demostrat la història.
2.1.6.La diversificació de la tecnologia
Els noranta han significat la consolidació d'aquesta tecnologia. D'una banda, els
perifèrics s'han diversificat vers tota mena d'estímuls i han ampliat prestacions.
De l'altra, els sistemes gràfics 3D, que han tingut un increment de potència tres
vegades superior al de les CPU, han fet que la part visual d'aquestes simulacions
i aplicacions de realitat virtual hagi permès treballs molt més ambiciosos. Tant els
uns com els altres han propiciat l'aparició d'una infinitat d'aplicacions de la realitat
virtual.
Durant els noranta apareix programari específic de desenvolupament d'aplicacions de
realitat virtual (com el WorldToolKit de Sense8). Apareixen els primers videojocs
de saló recreatiu amb perifèrics i interfícies de realitat virtual (com el Dactyl Nightmare de Virtuality) i obren les portes de la realitat virtual al gran públic.
Carolina Cruz-Neira, al costat dels seus directors de tesi doctoral Sandin i DeFanti,
presenta el CAVE (cave automatic virtual environment) a la Universitat d'Illinois, a Chicago, el 1992, un sistema d'immersió multiusuari
per a experiències de realitat virtual, que canvia completament la concepció de la
realitat virtual i el tòpic del casc.
El primer joc de realitat virtual per a PC, el DOOM, apareix el 1993, i genera tanta atenció en el públic que desencadena tota una generació
nova de jocs i de tecnologies sobre els ordinadors personals i posteriorment sobre
les consoles de videojocs.
Finalment, el 1995 veu com la realitat virtual s'obre a Internet amb l'aparició del
VRML1.0 (virtual reality modeling language), desenvolupat per un enginyer en telecomunicacions, Mark Pesce, i un informàtic
de la companyia Silicon Graphics, Toni Parisi. Aquest llenguatge permet d'incorporar
models 3D al WWW, perquè una persona a l'altra banda del món els vegi i els analitzi
per totes les parts. El 1996 el VRML 2.0 incorpora interacció manipuladora i contributiva,
i comportaments als models, de manera que el converteix en una eina potent de difusió
de realitat virtual per Internet.
D'aquesta manera s'ha descrit el camí que ha fet que la realitat virtual sigui la
que és al començament del segle XXI, per a entendre d'on ve i què es gesta actualment.
Activitats
Es proposa comparar les dates clau de l'evolució de la realitat virtual (des dels
antecedents fins al present) amb la llista següent de fites de la informàtica per
a tenir una idea més clara de per què l'evolució de la realitat virtual va seguir
aquest curs:
|
1937
|
Turing formalitza la seva teoria matemàtica sobre la calculabilitat i defineix la
seva màquina (coneguda com a màquina de Turing), que és la precursora teòrica dels ordinadors.
|
|
1946
|
Apareix el primer ordinador: l'ENIAC.
|
|
1950
|
Apareix el primer monitor connectat a un ordinador (fins llavors la interacció es
feia per impressora i targetes perforades).
|
|
1952
|
Apareix el primer ordinador IBM: el model 701.
|
|
1955
|
Apareix el transistor que permetria una reducció molt important de la mida dels ordinadors
i un gran increment de potència de càlcul.
|
|
1956
|
S'encunya el terme intel·ligència artificial.
|
|
1958
|
Apareix el circuit integrat, un pas més en la miniaturització dels ordinadors.
|
|
1963
|
Ivan Sutherland construeix l'Sketchpad, el primer sistema d'interfície gràfica en
un ordinador.
|
|
1969
|
Es crea ARPANET, la xarxa precursora d'Internet.
|
|
1970
|
Apareix el primer disquet o floppy disk.
|
|
1975
|
Apareix el primer ordinador personal (PC o personal computer) amb 256 bytes (no kilobytes i encara menys megabytes) de RAM.
|
|
1977
|
Neix Apple Computer.
|
|
1979
|
Neix el videojoc Pac-Man (o Comecocos) en format màquina de saló recreatiu.
|
|
1981
|
Xerox inventa el "ratolí" (mouse) i l'autoedició en un sistema de finestres. Apareix el primer PC d'IBM.
|
|
1990
|
Es defineix l'HTTP com a protocol de comunicació sobre la xarxa Internet, que juntament
amb el llenguatge HTML fan néixer el WWW (World Wide Web).
|
Bibliografia
Ames, A.; Nadeau, D.; Moreland, J. (1997). VRML 2.0 Sourcebook, Second Edition. Londres: John Wiley and Sons, Inc.
Austakalnis, S.; Blatner, D. (1992). El espejismo de silicio. Arte y ciencia de la realidad virtual. Barcelona: Página Uno, SL.
Cruz-Neira, C.(1995, maig)Virtual Reality Based on Multiple Projection Screens: The CAVE and its Applications
to Computational Science and Engineering. Chicago: Universitat d'Illinois. [Document en format HTML]http://www.ee.iastate.edu/~cruz/thesis.html
Earnshaw, R. A.; Gigante, M. A.; Jones H.(ed.) (1993). Virtual Reality Systems. Londres: Academic Press Ltd.
Earnshaw, R. A.; Vince, J. A.; Jones, H.(ed.) (1995). Virtual Reality Applications. Londres: Academic Press Ltd.
Gigante, M. A. (1993). "Virtual reality: definitions, history and applications". A: R. A. Earnshaw;
M. A.
Gigante; H. Jones (ed.)Virtual Reality Systems. Londres: Academic Press Ltd.
Kalawsky, R. S. (1993). The Science of Virtual Reality and Virtual Environments. Reading, MA: Addison-Wesley Ltd.
Krueger, M.(1985, abril). "Videoplace - an artificial reality".ACM Conference on Human Factors in Computing Systems.
Krueger, M. (1991). Artificial Reality II. Reading, MA: Addison-Wesley Inc.
Lanier, J. (1988). "A vintage virtual reality interview".Whole Earth Review Magazine. Point Foundation Publishing Co.[http://www.wholeearthmag.com/].[http://www.well.com/user/jaron/vrint.html].
Rockeby, D. (1994). "Very nervous system". A: C. E. Loeffler; T. Anderson (ed.)The Virtual Reality Casebook (pàg. 7-9). Nova York: Van Nostrand Reinhold. [Informació addicional]http://www.interlog.com/~drokeby/home.html
Sense8 Inc.WorldToolKit. [Empresa de programes de realitat virtual]http://www.sense8.com/
Steinhart, E. (1997). "Leibniz's palace of the fates: a seventeenth-century virtual reality".Presence: Teleoperators and Virtual Environments(vol. 6, núm. 1, pàg. 133-135). Cambridge, MA: MIT Press.
Sutherland, I. (1963). "SketchPad: a man-machine graphical communication system". A:AFIPS Spring Joint Computer Conference(vol. 23, pàg. 329-346).
Sutherland, I. (1965). "The Ultimate Display". A:Proceedings IFIP Congress(pàg. 506-508).
Sutherland, I. (1968). "A Head-Mounted Three-Dimensional Display". A:AFIPS Conference Proceedings(vol. 33, part I, pàg. 757-764).
Vince, J. (1995). Virtual Reality Systems. Londres: Addison-Wesley.