Fonaments tecnològics

PID_00150737
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.Tecnologia gràfica

Aquesta àrea es refereix a la tecnologia electrònica que fa possible generar els estímuls gràfics a l'ordinador: tant les targetes de gràfics 2D com les anomenades acceleradores 3D. Aquesta tecnologia va començar a desenvolupar-se a partir de les necessitats de la visualització científica de dades i s'ha beneficiat enormement de la gran quantitat d'investigació que s'ha fet en l'àmbit dels gràfics per ordinador. L'increment en capacitat de càlcul de les CPU ha col·laborat a fer que se'n reduís molt de pressa el preu i a augmentar-ne les prestacions, de manera que, avui dia, un ordinador domèstic o, encara més, una consola de joc tenen unes capacitats gràfiques que fa tan sols cinc anys estaven restringides a equips de preus desorbitats i que només es podien trobar en empreses o laboratoris de format gran.

1.1.Utilització

La utilització està definida clarament en la sortida d'estímuls visuals dels sistemes de realitat virtual. Habitualment es pensa només en les targetes acceleradores 3D per a les aplicacions, però cal recordar que això és un tòpic i que les targetes 2D de prestacions altes també són vitals en moltes aplicacions.

1.2.Característiques

Les característiques principals de les targetes de generació 2D són les següents:
Característica
Detall
Ompliment de píxels
Fa referència a la quantitat de píxels que la targeta pot pintar per segon. Com més, millor. Avui dia es mesura en milions de píxels per segon: Mpíxels/segon
Resolució
Fa referència a la quantitat de píxels horitzontals per píxels verticals que pot mostrar en una pantalla. En aquest cas, com més diversitat tingui, millor. També es valora el fet que arribi a resolucions altes, però llavors hi ha més píxels per omplir.
Profunditat del color
Es refereix a la quantitat de bits que s'utilitzen per a codificar el color d'un píxel. Avui dia s'espera que com a mínim se n'utilitzin 16, però el normal és utilitzar-ne 24, i els sistemes més complets en donen 32. Aquestes codificacions donen 65.535 colors, 16.777.215 colors i 4.294.967.295 colors, respectivament.
En el cas de les targetes acceleradores 3D, es mantenen com a característiques importants les de les 2D, però, a més, s'han de tenir en compte les següents:
Característica
Detall
Polígons per segon
La manera com es generen els gràfics en 3D és a partir de polígons. Aquests polígons, habitualment triangles, s'uneixen, s'acoloreixen, es texturen, etc., per a formar objectes complexos. Com més complexa és una escena, més polígons té. Per aquesta raó, és important que el generador faci molts polígons per segon.
És realment complex comparar entre si les diverses targetes que hi ha perquè cadascuna té una filosofia de mesura de polígons per segon diferent. No obstant això, hi ha un cert acord en el fet que un polígon és, en realitat, un triangle de 25 píxels. Això vol dir que, si la nostra aplicació requereix fer molts triangles de més de 25 píxels, obtenim un rendiment més petit que el que s'ha especificat. També són problemàtics els triangles molt llargs i prims.
Profunditat del Z-buffer
La manera com es pinten els polígons 3D és mirant, per cada píxel que el compon, la profunditat que té en l'entorn 3D respecte al punt de vista. És a dir, es calcula la coordenada Z del píxel. Aquesta coordenada Z es compara amb la coordenada Z del píxel de pantalla, on va pintat el píxel del polígon. Si la Z del píxel del polígon és més petita que la del píxel de pantalla, es pinta; si no, no es pinta i es deixa el que hi havia en pantalla.
La precisió d'aquesta comparació depèn de la quantitat de bits utilitzats per a emmagatzemar la coordenada Z de cada píxel de pantalla. Avui dia, és habitual que els Z-buffers utilitzin 24 bits per píxel.
Memòria de textures
Fa referència a la quantitat de RAM de què disposa la targeta per a emmagatzemar textures. Com més en té la targeta, menys ha d'utilitzar la RAM de l'ordinador i més de pressa va. (Això hi ha qui ho discuteix a causa de certes característiques tècniques específiques, però es pot donar per correcte en la majoria dels casos.)
Filtratge bilineal o trilineal
Es refereix a la manera com es calcula el texturat dels triangles a fi que les textures no facin l'efecte que floten i tinguin una aparença més nítida. El filtratge trilineal és molt més costós en càlcul i temps que el bilineal.
Antialiàsing
Es refereix a l'efecte de dissimular els efectes d'escala o de dents de serra que es produeix a les arestes o línies diagonals. Com que és un procés costós en càlcul i temps, i alhora complex d'implementar en maquinari, no l'ofereixen totes les targetes.
Cal distingir entre antialiàsing de línies, antialiàsing d'arestes i antialiàsing de pantalla completa. Cada tipus és més complex i més complet que l'anterior.

1.3.Exemples

És arriscat posar exemples concrets de targetes i, fins i tot, de marques, ja que l'evolució que tenen és tan ràpida i hi ha tantes fusions i absorcions entre empreses que, si diem una llista, quedarà obsoleta en pocs mesos. Per aquesta raó tan sols farem referència a les marques històricament importants:

  • SGI (abans Silicon Graphics, Inc.): encara que avui dia ja no és dissenyador de maquinari gràfic especialitzat, sí que continua essent un fabricant (a partir de components d'altres marques) important i de referència obligada. Silicon Graphics va ser de les primeres marques especialitzades en gràfics 3D i va liderar el mercat de manera important.

  • Evans and Sutherland: l'empresa del pioner Ivan Sutherland és també un dels monstres històrics i encara continua aportant productes i innovacions importants.

2.Sistemes de posicionament espacial

El posicionament espacial és bàsic per a interactuar amb els sistemes de realitat virtual.
L'objectiu d'aquests sistemes és el de permetre a l'usuari d'establir el posicionament o l'orientació de l'element d'interacció, sia un objecte o el subjecte virtual.

2.1.Utilització

La utilització que se'n fa depèn de les característiques que tingui i de l'aplicació concreta, però, en general, són les interfícies físiques d'entrada a l'aplicació.

2.2.Característiques

Les característiques genèriques s'indiquen a continuació, mentre que les característiques concretes de cada tipus s'indiquen en les subcategories.
Característica
Detall
Dimensió
Es refereix si el sistema està pensat per a treballar en el pla 2D o en l'espai 3D.
Graus de llibertat
Es refereix a quants tipus possibles de mesures pot fer el sistema dins de la seva dimensió.
Per exemple, en el pla es poden mesurar els desplaçaments a X i a Y (horitzontal i vertical). Això es diu que són dos graus de llibertat de translació. També es pot mesurar l'angle de rotació respecte d'un punt i, per tant, es diu que és un grau de llibertat. Un sistema que faci els tres tipus de mesures és un sistema amb tres graus de llibertat.
Quan es treballa en l'espai 3D, es tenen tres graus de llibertat per a les translacions (X, Y i Z; horitzontal, vertical i profunditat) i tres més per a les rotacions (respecte a l'eix X, al Y i al Z, o pitch, yaw i roll). Un sistema 3D que ho mesuri tot és un sistema amb sis graus de llibertat.
També es consideren graus de llibertat la possibilitat de polsar un botó o girar un potenciòmetre.
Connexió a l'ordinador
Es refereix si es connecten mitjançant un cable o bé tenen algun sistema sense fil.
Mesurament relatiu o absolut
Es refereix si les mesures que fa el sistema són mesures d'increment o de decrement respecte a les anteriors (mesures relatives), o bé si són mesures que fan referència a un sistema coordinat físic fixat (mesures absolutes).
No és que un sistema sigui més bo que l'altre, sinó que simplement hi ha aplicacions en què n'hi ha un que és més convenient.
Retard
Es refereix a l'estona que necessita el sistema per a fer la mesura i notificar-la a l'ordinador. Com més curt és el retard millor és el sistema.
Precisió o resolució
Es refereix a la mesura de mida més petita que pot fer el sistema.
Repetitivitat de mesurament
Es refereix a la precisió amb què pot tornar a detectar la mateixa posició o orientació un sistema de mesurament absolut.
Interferències
Es refereix a fenòmens o a elements que poden causar interferències en els mesuraments. Per exemple, els sistemes d'ultrasons poden ser interferits pel tust de les claus en un clauer, ja que el xoc de metall genera freqüències altes.

2.3.Subcategories

De les diverses subcategories de sistemes de posicionament espacial que hi ha, en veurem amb detall dues.
2.3.1.Sistemes manuals o de taula
Són sistemes que acostumen a ser de taula, els quals mitjançant algun sistema controlat per la mà permeten de donar ordres a l'aplicació. En general, es basen en sistemes de ratolí o de palanca de control amb més o menys grau de sofisticació. Aquests sistemes acostumen a ser de mesurament relatiu encara que hi ha algunes excepcions.
Subtipus i exemples
Taula de subtipus i exemples
Sistema
Detall
Ratolins 2D
Tots els ratolins estàndard són sistemes de posicionament espacial de dos graus de llibertat (mesuren les translacions en el pla) més els graus de llibertat dels botons que tenen (segons el model, entre 1 i 3). Tots són de mesurament relatiu i la precisió que tenen és bastant baixa.
Palanques de control estàndards
Totes les palanques de control estàndard són sistemes de posicionament espacial de dos graus de llibertat (mesuren les translacions en el pla) més els graus de llibertat dels botons que tenen (segons el model). N'hi ha que mesuren també la rotació en el pla i, per tant, tenen un grau de llibertat més. Tots són de mesurament relatiu i la precisió que tenen és bastant baixa.
Ratolins 3D
Són ratolins basats en tecnologies diverses que acostumen a tenir els sis graus de llibertat de l'espai 3D (més els botons que tinguin) i tots són sistemes de mesurament relatiu.
Exemples

  • Spaceball: esfera basada en sensors de tensió i torsió.

  • Magellan: cilindre basat en un sistema òptic.

  • Logitech 3D Mouse: ratolí aeri basat en un sistema d'ultrasò.
Sistemes robòtics
Són sistemes de braç robòtic o de palanca de control modificada, amb diversos graus de llibertat, alguns dels quals són de mesurament relatiu i alguns altres de mesurament absolut, i que, en general, estan associats als sistemes de force feedback (vegeu-ho més endavant).
2.3.2.Sistemes d'abast mitjà i llarg
Aquests sistemes permeten de detectar canvis de posició o d'orientació en l'espai en un rang molt més gran que els anteriors. Aquests sensors amb diversos graus de llibertat es poden adaptar a diverses parts del cos de l'usuari o a objectes físics amb què interactuï l'usuari. D'aquesta manera, el que els sensors detecten serveix de dades d'entrada a l'aplicació, les quals són mapades en accions directes sobre l'experiència.
Subtipus i exemples
Taula de subtipus i exemples
Sistema
Detall
Sensors de posició o d'orientació per ultrasò
Es basen en una central emissora de pulsacions d'ultrasò captades per un element receptor. Aquests sistemes solen ser de mesurament absolut encara que n'hi ha que també permeten el mode de mesurament relatiu. Aquests sensors poden quedar afectats o interferits per fonts sonores ben diverses. També tenen un retard considerable, ja que estan restringits per la velocitat del so.
Hi ha sistemes que detecten tant la posició com l'orientació, mentre que n'hi ha d'altres que tan sols mesuren la posició. Els primers es basen en el fet que l'emissió es fa mitjançant tres altaveus petits, situats en forma de triangle, que formen un pla d'emissió. L'element receptor és un conjunt de tres micròfons petits que detecten els retards de les pulsacions que provenen dels altaveus i, mitjançant uns càlculs matemàtics, es pot saber la posició i l'orientació del conjunt receptor respecte a l'emissor. Un exemple històric d'aquests sistemes és el famós Flock of Birds de l'empresa Ascension, un sistema que aquesta empresa ja no fa servir però que va tenir una bona acceptació.
Els del segon tipus, que només mesuren la posició, es basen en quatre altaveus situats sobre els vèrtexs d'un rectangle que envolta l'àrea que s'ha de detectar, que emet pulsacions d'ultrasò a temps regulars. L'element receptor és un sol micròfon de dimensions petites que capta el retard de les pulsacions de cada altaveu. Aquests retards s'envien per radiofreqüència a l'ordinador, que calcula la posició (x, y, z) del micròfon. Un exemple d'aquest tipus són els sensors MLD (GAMS) de l'empresa APR.
Sensors de posició o orientació per càmeres de vídeo
N'hi ha de diversos subtipus, però en general la idea és que una càmera de vídeo o diverses càmeres de vídeo capten imatges de l'usuari o l'objecte que s'ha de detectar i mitjançant uns algoritmes complexos es pot calcular la posició d'extremitats, cap, etc. Aquests sistemes tenen el gran avantatge de ser sense fil.
D'una banda, hi ha els sistemes que capten posició en 2D com el que va dissenyar Myron Krueger. Aquests sistemes utilitzen una càmera frontal a l'usuari que capta la imatge d'aquest usuari. El sistema extreu la silueta de l'usuari respecte del fons i tracta de deduir la posició de peus, mans i cap.
Exemple:
Mandala de Vivid Group (Canadà)
D'altra banda, n'hi ha que calculen posicions en 3D, que es basen a posar uns marcadors sobre el cos de l'usuari o sobre els objectes que s'han de detectar. Aquests marcadors poden ser petites esferes fosforescents, etiquetes de colors vius o llums petits. Unes càmeres situades al voltant de l'àrea de detecció capten les imatges dels marcadors. La quantitat de càmeres pot variar molt: des de tres o quatre fins a més de vint. La raó d'utilitzar tantes càmeres és la de tractar de reduir al màxim les ocultacions possibles dels marcadors i de generar prou redundància de mesures per a tenir un càlcul fiable de la posició de cada marcador. L'orientació es calcula a partir de dos marcadors o més segons les posicions relatives que tinguin.
Exemple:
Vicon8i de l'empresa Vicon
Sensors de posició o orientació per camp magnètic
N'hi ha de dos tipus bàsics: els que es basen en el camp magnètic de la Terra i els que es basen en un camp generat propi.
Els que utilitzen el camp magnètic de la Terra són els més simples, però també són molt imprecisos. Funcionen sobre el mateix principi que una brúixola, la qual s'orienta cap al nord. Per tant, són sensors de tan sols un grau de llibertat, ja que solament determinen la rotació en el pla horitzontal. No obstant això, són molt útils per a detectar rotacions que no requereixen gaire precisió i són molt econòmics. El tipus de mesures que fa és absolut.
Els altres sistemes tenen un generador de camp magnètic propi. Aquest camp té una intensitat considerable perquè tingui una bona precisió. L'abast d'aquest camp varia segons el model, però va des d'una esfera de 100 centímetres de diàmetre fins un espai de 20 x 20 x 10 metres, aproximadament. El funcionament es basa en uns receptors petits formats de tres bobines de coure situades perpendicularment les unes de les altres. El receptor es pot col·locar a qualsevol part del cos o de l'objecte. Quan el receptor es mou dins del camp magnètic, aquest camp indueix un corrent elèctric d'intensitat diferent a cadascuna de les bobines, depenent de la manera com estan orientades respecte al camp magnètic. A partir d'aquestes intensitats, mitjançant algoritmes matemàtics es pot deduir l'orientació i la posició del receptor respecte a l'emissor. Aquests sistemes són de mesura absoluta, encara que es poden fer treballar de manera relativa.
Exemples:
Els dos sistemes més coneguts per antiguitat i per fiabilitat i precisió són els d'Ascension (després de deixar de banda els d'ultrasò) i els de Polhemus (empresa pionera en aquest terreny).
Aquests sistemes tenen una precisió bastant bona, un retard de resposta tolerable i actualment hi ha diverses opcions sense fil.
Sensors de posició o orientació per giroscopis
Aquests sistemes es basen en la propietat física anomenada efecte giroscòpic, que fa que un cos que gira a una velocitat alta tendeix a mantenir-se estable sobre el pla en què gira. Això permet que es detecti qualsevol canvi en el pla de gir i que, d'aquesta manera, s'obtinguin els canvis de posició i d'orientació (sis graus de llibertat). Aquests sensors són molt ràpids i tenen molt poc retard, a més de ser bastant precisos. No obstant això, tendeixen a descalibrar-se i per aquesta raó acostumen a incloure un subsistema per ultrasons que els recalibra de tant en tant.
Exemple:
Els sistemes més destacats en aquesta tecnologia són els Intersense.
Sensors d'orientació per càpsules de mercuri
Aquests sensors tenen una precisió molt baixa i unes prestacions molt limitades però són realment molt econòmics i, per tant, molt accessibles. Es basen en una càpsula de vidre que conté mercuri. Uns càtodes als extrems detecten el desplaçament del mercuri quan rota la càpsula, pel canvi de conductivitat. Només tenen un grau de llibertat, ja que tan sols detecten la rotació en un eix. A més, tenen un rang de rotació molt limitat que va de –45° a +45°. Habitualment es combinen amb els sensors magnètics basats en el camp magnètic de la Terra, per a obtenir un sistema de tres graus de llibertat en rotacions de cost molt baix.
Sensors d'orientació per acceleròmetre
Els acceleròmetres són uns elements electrònics que detecten el canvi de forces G (gravitatòries). A partir d'això, poden detectar el canvi d'orientació a causa del canvi d'acceleració de les forces. Només poden mesurar un angle de rotació i només en el rang ±90°, però tenen una resposta i una precisió bastant bones.
Exemple:
Un dels fabricants principals és Crossbow Technology.

3.Sistemes de visualització

Aquests sistemes no són els generadors d'imatges, sinó els sistemes mitjançant els quals es poden presentar i experimentar els estímuls visuals que generen les targetes gràfiques. Aquests sistemes són ben diversos i cadascun té unes característiques ben diferents dels altres.

3.1.Utilització

La utilització d'aquests sistemes depèn enormement del tipus d'aplicació, però en tot cas sempre els utilitza l'usuari o els usuaris per a experimentar els estímuls visuals de les aplicacions de realitat virtual.

3.2.Característiques

Les característiques globals són les següents:
Característica
Detall
Aïllament de l'usuari
Es refereix al grau d'aïllament respecte a l'entorn físic immediat de l'usuari que provoca la morfologia, l'estructura i la utilització d'aquests sistemes.
Nombre d'usuaris
Es refereix si el sistema és uniusuari o permet la visualització de més d'un usuari simultàniament.

3.3.Subcategories

3.3.1.Monitor
La utilització d'un monitor en aplicacions de realitat virtual dóna lloc a la variant anomenada realitat virtual de taula (o desktop VR). D'aquest sistema, no se'n pot dir multiusuari encara que tampoc no és estrictament uniusuari.
Les característiques que té no les recollim aquí perquè son ben sabudes.
3.3.2.Projecció
Els projectors per a sistemes informàtics cada vegada són més accessibles i resulten un sistema multiusuari excel·lent per a experiències de realitat virtual d'instal·lació o per a auditoris grans. No obstant això, amb aquests tipus de sistemes, habitualment mana i interactua un usuari i prou, encara que hi ha excepcions.
Les característiques principals d'aquests sistemes són:
Característica
Detall
Resolució
Es refereix, de manera anàloga als monitors, a la quantitat de píxels horitzontals i verticals de la imatge.
Freqüència vertical
Es refereix a la velocitat amb què renova la imatge. Com més alta és la freqüència, menys parpalleig hi ha. A més, si es vol fer una visualització estereoscòpica amb ulleres d'LCD (vegeu-ho més endavant) el projector ha de donar una freqüència mínima de 96 Hz, encara que l'òptima ha de ser de 120 Hz.
Lluminositat
Es refereix a la intensitat de la imatge i habitualment es mesura en ANSI lúmens. Avui dia les lluminositats van dels 800 lúmens en projectors senzills als 10.000 lúmens en projectors de prestacions altes, i és habitual en la gamma mitjana trobar-ne de 2.000 lúmens.
Lent on axis o off axis
Es refereix si la imatge queda centrada respecte a l'eix de la lent (sistema on axis (1) ),
Sistema on axis
Sistema on axis
Sistema off axis
Sistema off axis
o bé si la imatge queda descentrada cap a amunt respecte a l'eix (sistema off axis (2) ).
No és que l'una sigui més bona que l'altra, sinó que hi ha situacions o muntatges en què en convé més una que l'altra.
Obertura de la lent o alternativament proporció de distància de projecció: mida d'imatge.
Es refereix a la distància necessària per a projectar una imatge d'una certa mida. Habitualment es dóna la proporció de la distància respecte a la mida de la diagonal de la imatge. Així, doncs, una lent molt estàndard té una proporció d'1,6:1, és a dir, que per a fer una imatge d'1 metre de diagonal fa falta una distància de projecció d'1,6 metres. Les lents de més obertura que hi ha tenen una proporció de 0,8:1, però són rares i les més habituals en obertura gran són les d'1,2:1 o 1:1.
Sistema on axis
Sistema on axis
Sistema off axis
Sistema off axis
3.3.3.El cyberscope
Encara que avui dia no es fabrica, és interessant saber que aquest artefacte va existir. És un sistema de miralls i de prismes muntats dins una espècie de piràmide truncada, la qual s'adaptava a un monitor normal per a veure les imatges en estereoscòpia.
La manera com funcionava era generant la imatge per a cada ull sobre el monitor, que el dividia en dues meitats (com s'il·lustra en la figura). Els miralls i els prismes del cyberscope corregien la posició i l'orientació de les imatges de manera que cada ull veiés només la que li corresponia. Així, el sistema visual de l'usuari feia la fusió de totes dues imatges per a percebre l'efecte de profunditat per estereoscòpia.
m6e3_rec3.gif
3.3.4.Ulleres de cristall líquid o LCD
Amb aquestes ulleres i un monitor o un projector es poden visualitzar imatges en estereoscòpia. És un sistema relativament accessible i senzill d'utilitzar.
m6e3_rec4.gif
Aquestes ulleres tenen, en comptes de lents, unes pantalles de cristall líquid o LCD que pot quedar completament translúcid o completament opac segons convingui. El funcionament es basa en el fet que les imatges presentades al monitor o en la projecció han d'alternar les de l'ull dret i les de l'ull esquerre. L'ordinador, mitjançant un emissor d'infrarojos, avisa les ulleres quan mostra la imatge dirigida a l'ull dret i quan mostra la imatge dirigida a l'ull esquerre. En el moment en què l'ordinador presenta la de l'ull dret i avisa les ulleres, les ulleres deixen completament translúcida la pantalla dreta i completament opaca l'esquerra. D'aquesta manera, només veu la imatge l'ull dret. Quan l'ordinador mostra la imatge de l'ull esquerre i avisa les ulleres, les ulleres inverteixen l'opacitat de les pantalles, de manera que ara només veu la imatge l'ull esquerre. Alternant les imatges i les pantalles de les ulleres cent vint vegades per segon, l'usuari no percep cap mena de parpelleig i, en canvi, té la sensació que veu les imatges de manera simultània amb cada ull. D'aquesta manera el seu sistema de visió fusiona les dues imatges i, així, percep la sensació de profunditat per estereoscòpia.
És important tenir en compte que els requisits que imposen aquestes ulleres sobre el suport de les imatges fan que no es pugui utilitzar qualsevol monitor o projector. Només ho poden fer els que refresquen les imatges a 120 Hz i això fa que no siguin els sistemes més assequibles. No obstant això, aquest sistema de visualització és molt flexible i molt utilitzat.
Les ulleres més conegudes d'aquest tipus, perquè són les primeres que van aparèixer, són les CrystalEyes de l'empresa StereoGraphics, Inc.
3.3.5.Sistemes de taula de treball o de dibuix
Aquests sistemes de visualització es basen en l'ús d'ulleres estèreo i l'ús de projeccions de format petit. La idea és generar un espai de treball per a la visualització 3D de dades d'una persona o de dues, encara que en la interacció en mana una i prou.
Subtipus i exemples
Sistema
Detall
Responsive Workbench (3)
Responsive Workbench
Responsive Workbench
Aquest sistema dissenyat a Alemanya en el GMD (1995) va ser el primer d'aquest tipus de tecnologies que es va desenvolupar. Es basa en una taula de treball paral·lela al terra. Aquesta taula és, en realitat, una pantalla de retroprojecció sobre la qual es projecten les imatges de l'experiència.
Els usuaris han de portar unes ulleres d'LCD per a veure l'efecte estereoscòpic. Com que els usuaris es poden moure al voltant de la taula per a veure l'entorn virtual des del punt de vista que els vagi més bé, la projecció perspectiva dels gràfics 3D s'ha d'anar adaptant a la posició nova dels usuaris. Per aquesta raó, un dels usuaris ha de portar a sobre un sensor de posició i d'orientació, de manera que l'ordinador sàpiga a tota hora on és. A causa de restriccions tècniques, tan sols es pot fer la projecció correcta per a un usuari i prou, i per això només n'hi ha un que porta sensor. L'altre usuari (o els altres) s'han d'estar tan a prop com puguin de l'usuari principal perquè el seu punt de vista coincideixi tant com sigui possible i, així, vegin les imatges correctament.
L'única limitació d'aquest sistema és que les aplicacions que té estan restringides a aquelles aplicacions les dades de les quals es poden veure des de dalt. Per exemple, maquetes arquitectòniques o aplicacions d'entrenament de cirurgia amb cadàvers virtuals com si la taula fos la taula d'operacions.
El gran avantatge que presenta és que l'experiència la poden veure, assenyalar i comentar diversos usuaris.
Immersa Desk (4)
Immersa Desk
Immersa Desk
El segon sistema d'aquest tipus que va aparèixer es va dissenyar a la Universitat d'Illinois, a Chicago. A diferència de l'anterior, aquest sistema és semblant a una taula de dibuix situada a 45° d'inclinació respecte del terra. D'aquesta manera, encara que els usuaris no es poden moure a tot el seu voltant, tenen un angle de visió molt més ampli i el tipus d'aplicacions no es restringeix a aplicacions les dades de les quals es veuen des de sobre.
D'altres
N'han aparegut moltes d'altres de semblants, com la VersaBench de Fakespace, Inc., però són una variant de les anteriors.
Responsive Workbench
Responsive Workbench
Immersa Desk
Immersa Desk
3.3.6.Cascos de visualització
Els cascos o HMD (headmounted displays o helmetmounted displays) són els sistemes de visualització més associats a la realitat virtual. Hi ha una diversitat enorme de cascos i de tecnologies, però es basen tots en uns principis similars. En primer lloc, es basen en un casc o unes ulleres que estan dotats d'unes pantalles petites que se situen davant de cada ull. La idea és aïllar l'usuari de l'entorn físic i que vegi només les imatges generades per l'ordinador.
Si només veu les pantalles, que en general fan entre 1,5 cm i 3 cm, l'usuari tan sols veu unes imatges petites flotant davant seu. Per aquesta raó, sempre se situen unes lents que amplien les imatges de manera que incloguin un rang visual més gran i l'usuari perdi la referència del marc d'aquestes imatges.
m6e3_rec6.gif
Aquestes lents també contribueixen a fer que l'ull enfoqui les imatges com si fossin més lluny perquè, si no, l'ull hauria de forçar l'enfocament des de molt a la vora i es cansaria de seguida. La idea és que la posició d'enfocament de l'ull sigui tan relaxada com es pugui.
Utilització
Un casc, per si sol, no s'acostuma a utilitzar, llevat que tan sols se'n vulgui aprofitar la qualitat d'aïllar l'usuari de l'entorn físic. Habitualment, tots els cascos s'utilitzen en combinació amb algun sensor d'orientació (i de vegades també de posició). Això és el que aporta la gran potència d'interfície de visualització, ja que gràcies al sensor d'orientació l'usuari pot explorar l'entorn virtual a tot el seu voltant girant el cap i prou.
Encara que es considera que el primer casc va ser el de l'Espasa de Dàmocles d'Ivan Sutherland, com hem vist, va quedar aparcat fins que al cap d'uns anys la tecnologia va permetre sistemes més complets:
Casc de Sutherland (1967)
Casc de Sutherland (1967)
Els primers cascos els va desenvolupar la NASA i VPL, Inc.:
El primer, desenvolupat el 1984 per Scott Fisher a NASA Ames, tenia tot el sistema de visualització adaptat a un casc de motocicleta normal i corrent. El segon, derivat del primer, encara que menys carregós, tenia tot el pes a davant i es feia incòmode per a l'usuari al cap d'una estona de portar-lo. Tots dos utilitzaven tecnologia d'LCD passiva de resolució molt baixa.
Esquerra: Primer casc de la NASA. Dreta: Un primers models de la VPL.
Esquerra: Primer casc de la NASA. Dreta: Un primers models de la VPL.
Característiques
Les característiques principals que s'han de tenir en compte quan es vol utilitzar un casc en una aplicació són les següents:
Taula de característiques
Característica
Detall
Rang de visió o angle d'obertura
Es refereix a l'angle d'obertura de les lents i, per tant, al rang de visió de l'usuari que ocupen les imatges. Com més gran és l'angle, més gran és la pèrdua de l'usuari del marc de les imatges, però també les imatges tenen més píxels. Per això, els cascos amb una resolució baixa tendeixen a tenir un angle relativament petit: entre 25° i 35°. Els angles que es consideren mitjans són entre 40° i 65°. Els cascos amb un angle més gran són entorn de 120°. No obstant això, s'ha d'anar amb compte, ja que hi ha fabricants que donen l'angle de la diagonal i fabricants que donen l'angle de l'horitzontal.
Definició/resolució
La resolució de les pantalles del casc varia de manera ostensible d'un casc a l'altre. A més, hi ha fabricants que no indiquen la resolució de píxels sinó la resolució en punts RGB, de manera que sembla que el casc té una resolució més bona que la que té en realitat. També passa que hi ha fabricants que, en comptes de la resolució horitzontal i vertical, indiquen el total de píxels de la pantalla (per exemple, 172.800 píxels, en comptes de 480 x 360).
Estereoscòpia
Això es refereix si el casc permet generar el parell estereoscòpic. Encara que la majoria dels cascos tenen, efectivament, una pantalla per a cada ull, n'hi ha molts que no permeten l'entrada d'un senyal diferent per a cada una i mostren la mateixa imatge a les dues pantalles.
Distorsió
Es refereix a la distorsió produïda per les lents. Si són de gran angular, segurament provocaran una distorsió que farà que les línies rectes de la imatge semblin tortes. Això s'ha de tenir en compte i, si cal, s'ha de compensar aplicant la distorsió inversa sobre la imatge abans de presentar-la.
Ajustaments
La morfologia dels usuaris pot variar força i per això és important que el casc tingui uns bons ajustaments i s'adapti bé a cadascú. Alguns dels ajustaments que hi ha són els següents: mida de cap, distància d'ulls (o distància interpupil·lar), enfocament de les imatges si el casc no permet de portar ulleres als usuaris que tenen miopia.
Pes i equilibri
Els cascos cada vegada són més compactes i lleugers i cada vegada s'assemblen més a unes ulleres que no pas a un casc. No obstant això, segons la tecnologia que facin servir, encara poden ser massa pesants de la part frontal. Si és així, s'ha de tenir en compte si el pes està ben repartit i equilibrat per a no tenir mal de cervical o d'esquena si es fa servir una bona estona.
Resistència
Si el casc es fa servir al laboratori, la resistència que tingui no és tan important. Si s'ha de fer servir en una instal·lació pública, però, cal que sigui prou resistent per a aguantar un ús intens, cops, manipulació de nens, etc.
Higiene
Aquesta característica es planteja en el mateix cas que l'anterior. Si el casc s'ha de fer servir en un entorn públic, ha de complir unes condicions mínimes d'higiene. S'ha d'estudiar, llavors, quines parts toquen la cara i els cabells, en quines parts es pot amagar la brutícia, si té una bona ventilació, etc.
Facilitat d'ús
Si els usuaris del casc tornen a ser el públic en general, no hi pot haver cap dificultat d'ús (posar-se'l, treure-se'l, ajustar-se'l, etc.). Això, a més de ser problemàtic i de crear la necessitat que hi hagi d'haver un ajudant permanent, provocaria una taxa de pas per la instal·lació molt baixa i podria fer que l'experiència no fos rendible.
Subtipus i exemples
Hi ha moltes tecnologies diferents de pantalles que produeixen diferències importants entre cascos. A continuació es tabulen les tecnologies respecte a una sèrie de propietats que les distingeixen:
Propietat
Tubs de rajos catòdics o CRT (1)
Cristall líquid o LCD (2)
Micromiralls de silici o DLP (3)
Làser (4)
Antiguitat aproximada
1968 (Espasa de Dàmocles, de Sutherland)
1984, apareix el primer (NASA Ames).
La tecnologia és de la fi de 1990, però encara no s'ha aplicat a cascos, sinó a projectors i prou. La promesa d'aquests cascos encara no s'ha fet realitat.
A la fi de 1990 i encara en fase experimental
Resolució
Bastant bona: entorn de 1.024 × 768 (en casos puntuals 1.280 × 1.024)
En el passat, molt baixa: aproximadament, 320 × 240. Avui dia, ha millorat: de 640 × 480 a 800 × 600
Bastant bona: aproximadament, 1.024 × 768 i 1.280 × 1.024
Resolució màxima: aproximadament, 1.600 × 1.200
Nitidesa
Bona
Bastant bona
Excel·lent
Màxima
Contrast
Molt bo
Abans, amb les LCD passives, molt baix. Avui dia, amb les LCD actives, bastant bo
Molt bo
Excel·lent
Pes
Molt pesants
Bastant lleugeres
Molt lleugeres
Molt lleugeres
Tensió/voltatge
Tensió molt alta necessària i molt a prop del cap de l'usuari
Baixa tensió
Tensió molt baixa
Tensió molt alta però lluny del cap de l'usuari
Color
En general, les pantalles són en blanc i negre (i gris) per a reduir el pes. El color s'aconsegueix amb un disc de filtres RGB (5).
Sí (excepte casos molt estranys)
És un sistema natiu de blanc i negre.
S'obté el color amb un disc de filtres RGB.
El prototip inicial només feia servir làser vermell. Avui dia, es pot obtenir làser blanc. Amb això s'obtenen imatges en blanc i negre, i el color s'obté amb un disc de filtres RGB.
Preu
Mitjà
Baix
Alt
Molt alt
Exemples
Datavisor d'n-Vision (casc de CRT de color).
Datavisor80 d'n-Vision (casc de prestacions altes de CRT de color 1.240 × 1.024).
VR4 de Virtual Research (antic casc d'LCD).
Virtual Boy de Nintendo (antic casc d'LCD vermelles).
i-glasses de Virtual i-O (casc/ulleres d'LCD).
VFX3D d'IIS Products (casc de gamma mitjana d'LCD).
ProView XL40 de Keiser Electro-Optics (casc d'alta resolució d'LCD).
Tot i que la promesa d'aplicar aquesta tecnologia als cascos ja fa anys que es fa, encara no se n'ha desenvolupat cap, malgrat que hi ha articles que parlen de la possibilitat de portar-ho a terme.
Virtual retinal display del Human Interface Technology Laboratory (HITL) de la Universitat de Washington (ulleres en fase de prototip).
Exemples de cascos de visualització
A: Datavisor de n-Vision (casc de CRT en color). B: Datavisor 8 0 de n-Vision (casc d'altes prestacions CRT color 1.240 × 1.024). C: Virtual Retinal Display del Human Internet Technology Lab (HITL) de la Universitat de Washington (ulleres en fase de prototip). D: VR4 de Virtual research (antic casc d'LCD). E: Virtual Boy de Nintendo (antic casc d'LCD vermelles). F: i-glasses de Virtual I-O (casc/ulleres d'LCD). G: VFX3D de IIS products (casc de gamma mitjana LCD). H: ProView XL40 de Keiser ElectroOptics (casc d'alta resolució LCD).
A: Datavisor de n-Vision (casc de CRT en color). B: Datavisor 8 0 de n-Vision (casc d'altes prestacions CRT color 1.240 × 1.024). C: Virtual Retinal Display del Human Internet Technology Lab (HITL) de la Universitat de Washington (ulleres en fase de prototip). D: VR4 de Virtual research (antic casc d'LCD). E: Virtual Boy de Nintendo (antic casc d'LCD vermelles). F: i-glasses de Virtual I-O (casc/ulleres d'LCD). G: VFX3D de IIS products (casc de gamma mitjana LCD). H: ProView XL40 de Keiser ElectroOptics (casc d'alta resolució LCD).
Aclariments
(1) CRT: la tecnologia de CRT és la mateixa dels monitors i els televisors, però en una versió reduïda. És a dir, un canó d'electrons és desviat per a escombrar una superfície de vidre amb una capa de material fosforescent, la qual brilla quan és activada pel flux d'electrons.
(2) LCD: es basa en una capa de cristall líquid atrapada entre dues capes de plàstic. Mitjançant l'aplicació de tensions, el cristall líquid es distribueix i forma la imatge.
(3) Micromiralls o DLP: aquesta tecnologia desenvolupada per Texas Instruments es basa en una placa petita de silici en la qual s'ha construït una matriu de micromiralls. Aquests miralls basculen de manera que es poden orientar en dues posicions. Es projecta una font de llum sobre els micromiralls. Els miralls que són en una certa posició reflecteixen la llum cap a l'ull de l'usuari (i generen, així, un punt blanc). Els miralls que són en la posició oposada no dirigeixen la llum cap a l'usuari (i generen, així, un punt negre). Per a aconseguir els grisos intermedis, es fa passar cada mirall de blanc a negre a freqüències diferents.
(4) Làser: Aquesta tecnologia es basa a fer arribar un feix de làser directament a la retina de l'usuari. Inicialment, a causa de restriccions tecnològiques, només es podia treballar amb làser vermell o verd. El làser blau no es va aconseguir fins no fa gaire, però requereix temperatures extremament baixes. Recentment s'ha aconseguit d'obtenir làser blanc a temperatures més raonables (tot i que encara no es poden obtenir sistemes fàcils de comercialitzar).
(5) Disc de filtres RGB: la idea és que, quan es té una tecnologia en blanc i negre (i grisos) i es volen obtenir imatges de color, s'adapta un filtre que té forma de disc o de cilindre amb els tres colors bàsics de llum: R (red o vermell), G (green o verd) i B (blue o blau). Aquest filtre passa d'R a G, a B, a R, etc., a una freqüència molt alta. El canvi de color se sincronitza amb el dispositiu, el qual genera el patró d'imatge que correspon a un component de la imatge final. En posar el filtre vermell es genera el component de vermell, després el de verd i finalment el de blau. Això passa tan de pressa que la retina de l'usuari suma els tres components, cosa que equival a veure la imatge a tot color.
Per a una bona comparativa de cascos, vegeu l'enllaç següent: http://www.stereo3d.com/hmd.htm
3.3.7.Sistema Boom
Encara que no són cascos, sovint s'hi confonen, ja que hi tenen algunes similituds. Es basen en sistemes de tecnologia CRT, amb dues pantalles petites acoblades en una sola carcassa. Pel pes tan gros que fan, s'han de penjar a un braç articulat que permet tota mena de rotacions i de desplaçaments, i alhora fa de contrapès.
Dues vistes del Boom de Fakespace, Inc.
Dues vistes del Boom de Fakespace, Inc.
El braç, al seu torn, serveix de sensor de posicionament i d'orientació, i s'assembla una mica, doncs, al sistema de Sutherland.
Aquests sistemes tenen una resolució i un contrast molt bons (vegeu les característiques de la tecnologia CRT en el subapartat anterior), i també donen un color molt bo perquè les CRT són de color (per això el pes que tenen).
3.3.8.Sistemes de tipus CAVE
El sistema original anomenat CAVE (cave automatic virtual environment), desenvolupat per Carolina Cruz-Neira (1992) com a resultat de la seva tesi doctoral i dirigit pels pioners Dan Sandin i Thomas de Fanti, va ser un dels sistemes de visualització que van aconseguir de canviar el tòpic del casc en les aplicacions de realitat virtual.
Aquest sistema es basa en un espai de 3 × 3 × 3 metres, construït de tres parets que són pantalles de retroprojecció. Hi ha tres projectors que envien les imatges a cada pantalla des de l'exterior de l'espai. Un altre projector, situat al sostre, les projecta sobre el terra de l'espai. D'aquesta manera, els usuaris que se situen a dins veuen imatges a tres parets i al terra.
Configuració del CAVE
Configuració del CAVE
Les projeccions són estereoscòpiques i, per tant, els usuaris han d'utilitzar les ulleres de cristall líquid. D'aquesta manera, les parets "desapareixen" i l'usuari queda envoltat per complet de l'entorn virtual, amb una sensació plena de profunditat.
De la mateixa manera que en el responsive workbench, els usuaris es poden moure. Això fa que aquí la perspectiva de les projeccions també variï segons la posició dels usuaris. I també aquí mana un usuari i prou, que porta un sensor de posició i d'orientació. D'aquesta manera, els altres usuaris s'han d'estar a prop de l'usuari principal i tractar de mirar en la mateixa direcció. L'usuari principal també porta una espècie de palanca de control aèria anomenada wand, amb la qual interactua amb el sistema.
Un usuari que navega per un entorn dins del CAVE.
Un usuari que navega per un entorn dins del CAVE.
Aquests sistemes són extremament cars, ja que fa falta un sistema de generació gràfica potent (quatre projeccions en estèreo = vuit imatges que s'han de generar cada vegada), uns projectors d'alta resolució, lluminositat i freqüència vertical, i uns miralls d'una qualitat molt alta per a reduir el recorregut de projecció.
També són sistemes que tenen un muntatge molt costós, ja que és difícil calibrar les imatges perquè coincideixin amb les arestes d'unió i, a més, fa falta una habitació amb parets pintades de negre, d'unes dimensions considerables i unes condicions de temperatura controlades, perquè no s'alterin els projectors i les pantalles.
A l'Ars Electronica Center de Linz, a Àustria, hi ha l'únic CAVE accessible al gran públic. El CAVE, avui dia, el distribueix l'empresa Fakespace Systems. També hi ha versions semblants al CAVE d'altres empreses i, fins i tot, hi ha sistemes de cinc i sis superfícies de projecció, la qual cosa dificulta encara més el muntatge i el calibratge.
Aquests sistemes tenen les característiques destacables següents:
Característica
Detall
Multiusuari
A dins de l'experiència, hi poden haver, simultàniament, de manera còmoda i útil, fins a cinc usuaris.
Profunditat per estereoscòpia
L'estereoscòpia, en aquest cas, no solament fa que les dimensions físiques del CAVE siguin ultrapassades sinó que també aconsegueix que s'experimenti amb objectes que hi floten a dins. Això permet d'explorar els objectes des de molts punts de vista.
No aïllament de l'usuari
El fet que els usuaris no estiguin aïllats permet que puguin comentar allò que veuen.
D'aquesta manera, els sistemes de tipus CAVE tenen moltes aplicacions interessants, com per exemple el procés de disseny d'un vehicle, des de la conceptualització fins a, per exemple, la integració de peces o l'avaluació d'espais interiors.
3.3.9.Sistemes de tipus dom o cúpula
D'aquest tipus de sistemes, n'hi ha dos que són grans sistemes: l'EVE i el de projecció esfèrica.
L'EVE (extended virtual environment) és un sistema multiusuari dissenyat per Jeffrey Shaw, artista i director del departament de mitjans digitals del ZKM (Zentrum fur Kunst und Medientecnologie) de Karlsruhe, a Alemanya. Es tracta d'una semiesfera inflable enorme de nou metres d'alçària i dotze d'amplada, amb una entrada amb porta giratòria per a mantenir constant la pressió d'aire a dins.
Vista exterior de l'EVE
Vista exterior de l'EVE
Tot l'interior de la semiesfera està preparat com a superfície de projecció. Al centre de la semiesfera hi ha un braç robòtic industrial que sosté dos projectors. Aquests projectors generen una imatge estereoscòpica sobre la superfície de la semiesfera mitjançant polarització de les dues fonts. D'aquesta manera els usuaris han de portar unes ulleres polaritzades per a captar l'efecte d'estereoscòpia.
Vista interior de l'EVE
Vista interior de l'EVE
La imatge projectada funciona a manera de finestra, d'uns 3 × 2 metres, a través de la qual es pot observar l'entorn virtual. Per a veure tot l'entorn que es desenvolupa al voltant, s'ha de donar l'ordre a l'ordinador de modificar la posició i l'orientació del braç robòtic i de generar les imatges que corresponen a un altre punt de vista. Aquestes ordres les dóna un usuari principal que porta un sensor d'orientació al cap. Allà on apunti el cap, l'ordinador ordenarà al braç robòtic que projecti les imatges. L'usuari principal també té un wand d'interacció de manera similar al CAVE. Els altres usuaris, fins a vint alhora, tan sols poden veure allò que decideix de veure l'usuari principal.
Els sistemes de projecció esfèrica difereixen de l'EVE en el fet que la projecció inclou tota la volta o la semiesfera de projecció. Un dels fabricants principals d'aquest tipus de sistemes és Elumens. Hi ha sistemes de mides ben diverses, cosa que dóna un ventall ampli de situacions i d'aplicacions. El sistema més petit, la Visionstation, és per a una persona o per a dues:
Visionstation d'Elumens
Visionstation d'Elumens
La imatge és projecte mitjançant una lent especial de molt gran angular. Projector i lent se situen en el centre de projecció (sota la lleixa d'interacció). A causa de la deformació que experimenten quan es projecten a la pantalla esfèrica amb la lent angular, les imatges s'han de distorsionar amb una distorsió inversa de l'esfèrica perquè la visualització final sigui correcta. Hi ha sistemes molt més grans que poden contenir fins a unes vint persones.
Un altre sistema és l'EnspheredVision de la Universitat de Tsukuba, que es basa en un dom gairebé esfèric que envolta l'usuari. N'hi ha de diversos tipus:
Esquerra: Ensphered gran amb una quarta part extreta per a veure'n l'interior; dreta: Ensphered mòbil per a un usuari.
Esquerra: Ensphered gran amb una quarta part extreta per a veure'n l'interior; dreta: Ensphered mòbil per a un usuari.

4.Sistemes d'audio

Els sistemes d'àudio per a experiències de realitat virtual són els que s'encarreguen de gestionar els estímuls sonors. Aquests estímuls es poden dividir en dues subcategories principals.

4.1.Utilització

Encara que sembla que la utilització és evident, és important tenir en compte que els estímuls sonors poden suplir en molts casos els estímuls tàctils. D'una banda, hi ha la utilització de freqüències baixes que generen sensacions vibràtils. De l'altra, es poden utilitzar en la percepció acció-reacció. És a dir, que, si en una experiència de realitat virtual l'usuari només veu que en el seu trànsit ha topat amb una paret, pot ser que no se n'adoni, ja que de vegades és difícil fer una estimació de les distàncies. En canvi, si aquesta topada es reforça amb un so, l'usuari pot arribar a percebre la sensació del "cop".

4.2.Subcategories

4.2.1.Àudio generat
S'entén per àudio generat l'àudio que genera el sistema perquè l'usuari el capti com a estímul de sortida de l'aplicació.
Subtipus
Els dos subtipus d'àudio generat són l'àudio no espacialitzat i l'àudio espacialitzat:
Sistema
Detall
Àudio no espacialitzat
Aquest tipus d'àudio és el més comú. Pot utilitzar qualsevol mena d'equip de so i qualsevol nombre d'altaveus, o bé uns auriculars, i habitualment utilitza la posició estèreo. Aquest sistema no té en compte la posició del subjecte virtual dins de l'entorn.
Àudio espacialitzat
Aquest tipus d'àudio té en compte la posició del subjecte virtual dins de l'entorn. D'aquesta manera el sistema genera els sons de manera que l'usuari percebi la direcció, la intensitat i el temps en què s'ha generat el so des de la font sonora virtual amb relació al subjecte virtual. La sortida dels estímuls sonors cap a l'usuari pot ser mitjançant uns auriculars o bé un sistema de quatre o vuit altaveus.
Si es fa mitjançant altaveus, el sistema ha de saber la posició i l'orientació física de l'usuari respecte als altaveus i per aquesta raó l'usuari ha de portar un sensor de posicionament espacial que informi el sistema. Per això, aquests sistemes són uniusuari.
Àudio espacialitzat
Els primers sistemes que van sortir que calculaven la transformació del so per a espacialitzar-lo van ser els Convolvotron de Cristal River Engineering.
Es treballa en sistemes multiusuaris a partir d'altaveus mitjançant mètodes anomenats holofònics. Aquests mètodes generen un patró d'interferències de so i inunden un espai concret, de manera que un usuari, vagi on vagi i sense haver de ser detectat per un sensor de posicionament espacial, sent correctament l'espacialització de les fonts sonores virtuals. Així, com que no depèn de la detecció de l'usuari, poden circular per aquest espai un nombre indefinit d'usuaris i tots senten correctament els sons.
Tots aquests sistemes espacialitzats, pel fet d'utilitzar el model de morfologia d'audició dels éssers humans, s'usen sobretot en aplicacions de simulació.
4.2.2.Audio captat
S'entén per àudio captat l'àudio que el sistema captura com a estímul d'entrada, de manera que serveixi a l'usuari com a element d'interacció.
Subtipus
Els dos subtipus d'àudio generat són l'àudio no espacialitzat i l'àudio espacialitzat:
Sistema
Detall
Reconeixement de la parla
Aquest tipus d'àudio captat és el que s'utilitza més sovint, ja que la tecnologia que hi està associada està bastant avançada. Es tracta de reconèixer les paraules que pronuncia l'usuari. De primer, es captura l'àudio i s'extreuen els fonemes. Després, a partir dels fonemes, es mira de reconstruir les paraules. Quan es tenen les paraules, el sistema les pot utilitzar per separat com a ordres imperatives que s'han de portar a cap. Per exemple, obra, puja o corre.
Si, en canvi, s'han d'unir les paraules per a trobar frases, el sistema aplica tècniques d'intel·ligència artificial, conegudes com a tècniques de llenguatge natural, per a trobar el subjecte de la frase, el predicat i l'acció que predica, etc.
D'aquesta manera s'estableix un sistema d'interacció potent per a l'usuari.
Processament de senyal
Aquest altre tipus d'àudio captat no té, en principi, cap diferència amb l'anterior en l'àmbit de captura del so. Se'n difereix en la manera en què es processa aquest so. Hi ha moltes tècniques i molts efectes que es poden aplicar a un so captat per a donar-hi sortida després. Per exemple, es poden canviar les qualitats del so, com el timbre, el to, la textura o la velocitat, de manera que, fins i tot, es pot convertir una veu femenina en una de masculina, i viceversa. També es poden aplicar metamorfosis del so, és a dir, fer una fusió o una interpolació del so original i un so de referència, de manera que les paraules d'un usuari es poden sentir amb so, per exemple, d'un animal, d'un tren o d'un instrument musical.

5.Sistemes de sensors d'articulacions

Les tecnologies de sensors d'articulacions són de les més característiques de la realitat virtual, ja que s'han desenvolupat totes com a conseqüència d'aplicacions de realitat virtual. Aquests sensors detecten amb una precisió gran el moviment d'alguna articulació del cos de l'usuari i donen, així, un tipus d'interfície física molt útil.

5.1.Utilització

La utilització que se'n fa és ben diversa i depèn molt del tipus d'articulació que es detecta. Així, doncs, les aplicacions que les utilitzen van des de la rehabilitació d'una part del cos fins al control d'un personatge virtual, passant per la interacció manual d'objectes virtuals.

5.2.Característiques

Com a característiques comunes a tots els tipus de tecnologies hi ha les següents, les quals són molt semblants a les dels sensors de posicionament espacial:
Característica
Detall
Dimensió
Es refereix si el sistema està pensat per a treballar en el pla 2D o en l'espai 3D.
Graus de llibertat
Es refereix a quants tipus possibles de mesures pot fer el sistema dins de la seva dimensió.
Per exemple, hi ha sensors que detecten més d'una mesura per articulació (per exemple, la rotació en dos eixos) o bé el moviment de més d'una articulació.
Connexió a l'ordinador
Es refereix si es connecten mitjançant un cable o bé tenen algun sistema sense fil.
Mesurament relatiu o absolut
Es refereix si les mesures que fa el sistema són mesures d'increment o de decrement respecte a les anteriors (mesures relatives), o bé si són mesures que fan referència a un sistema coordinat físic fixat (mesures absolutes).
Les rotacions acostumen a mesurar-se de manera absoluta; els desplaçaments, en canvi, de manera relativa.
Retard de resposta
Es refereix a l'estona que necessita el sistema per a fer la mesura i notificar-la a l'ordinador. Com menys retard hi hagi, més bo és el sistema.
Precisió o resolució
Es refereix a la mesura de mida més petita que pot fer el sistema.
Repetitivitat de mesurament
Es refereix a la precisió amb què pot tornar a detectar la mateixa posició o orientació un sistema de mesurament absolut.

5.3.Subcategories

Les quatre subcategories que hi ha fan referència als quatre tipus principals de tecnologies que s'han desenvolupat:
Taula de subcategories
Subcategoria
Detall
Tecnologia de fibra òptica
Estan basats en uns fils de fibra òptica que se situen al llarg de l'articulació que es vol mesurar. La fibra òptica surt d'un mòdul de control, va fins a l'articulació i torna al mòdul. Aquest mòdul de control emet un feix de llum i l'envia per la fibra. Aquest feix de llum triga una estona diferent d'anar que de tornar, i arriba amb una intensitat més petita segons el grau en què s'ha doblat la fibra. Així, el mòdul pot calcular l'angle de doblada de l'articulació.
Aquesta tecnologia va ser la que es va fer servir en el primer sensor d'articulacions, el Dataglove, dissenyat de primer a NASA Ames i fabricat i distribuït després per VPL.
Al cap d'un temps va sortir el Datasuit, també de VPL, que mesurava les articulacions principals del cos.
Actualment hi ha alguns guants i sensors que fan servir una tecnologia molt semblant.
Tecnologia d'exoesquelet
Aquesta tecnologia es basa a construir una estructura mecànica d'articulacions que se situa sobre l'articulació de l'usuari. Les articulacions mecàniques estan dotades d'uns sistemes que mesuren directament l'angle d'aquesta articulació i, per relació directa, l'articulació de l'usuari.
Els primers sistemes d'aquesta tecnologia que van sortir van ser els de l'empresa Exos (que ja no hi és). Per exemple, l'Exos per a la mà:
i el Waldo per als gestos de la cara:
Tecnologia d'elements de flexió
Aquesta tecnologia es basa en les propietats tensioelèctrices d'uns elements que varien la resistència segons la tensió que tenen. Així, situats al llarg de l'articulació i amb un sistema que detecta les variacions de tensió elèctrica que passa per l'element, es pot calcular l'angle.
Això es fa servir sobretot en elements petits com la mà. Immersion fabrica actualment el CyberGlove.
Tecnologia prènsil
Tot i que s'inclou en aquest apartat, en realitat aquesta tecnologia no mesura la flexió de les articulacions. Aquesta tecnologia, que es fa servir en guants, mesura, de manera binària, si el dit gros toca un altre dit. Això s'aconsegueix amb uns circuits que queden oberts fins que el dit gros toca un altre dit.
Els guants d'aquesta tecnologia s'anomenen PinchGloves, perquè es detecta la pinçada amb dos dits, i els fabrica Fakespace:

6.Sistemes tàctils

Els sistemes tàctils es divideixen en dues grans àrees. D'una banda, els sistemes de force feedback (o de resposta de força), que ja estan bastant desenvolupats i n'hi ha en molts productes comercials. De l'altra, els sistemes que gestionen les propietats que associem més al tacte, com la textura o la temperatura. La majoria d'aquests sistemes tàctils encara estan en fase de desenvolupament i és difícil trobar-ne productes comercials.

6.1.Utilització

La utilització que se'n fa respon clarament a la intenció de donar una estimulació tan completa com es pugui a l'usuari afegint els estímuls tàctils als visuals i els sonors. No obstant això, la utilització és més complexa que els estímuls visuals i sonors perquè la codificació no està unificada i hi ha moltes maneres de fer-ho.

6.2.Subcategories

6.2.1.Sistemes de force feedback
Aquests sistemes, mitjançant diversos tipus de tecnologies, tracten de donar a l'usuari una sèrie de sensacions de força i de resistència. La complexitat de la generació en temps real d'estímuls de force feedback està en el fet que aquests sistemes han de ser actualitzats a 1.000 Hz (és a dir, 1.000 vegades per segon). Si això no es compleix, les sensacions de força i de resistència tenen interferències de vibració o bé poden causar una lesió a l'usuari.
Els sistemes informàtics habituals no poden complir aquesta restricció tan exigent i per aquesta raó, normalment, els sistemes de force feedback vénen amb el seu propi processador incorporat. Aquest processador genera, en temps real, certes sensacions, cenyint-se a l'actualització de 1.000 Hz. Això vol dir que l'aplicació de realitat virtual es desentén d'aquesta responsabilitat, però, en contrapartida, perd el control complet d'aquestes sensacions i s'ha d'adaptar al repertori que li ofereix el sistema tàctil.
Subtipus
Hi ha diverses tecnologies que s'apliquen a aquest tipus d'estímuls:
Taula de subtipus
Subtipus
Detall
Tecnologia de palanca de control
Aquests sistemes creen efectes de tipus vibràtil o de resistència al desplaçament i a la torsió. L'efecte està pensat sobretot per a la mà i el braç.
Per exemple, ja hi ha moltes palanques de control per a consoles de joc que tenen un repertori vibràtil d'efectes, com ara pilotar un helicòpter o disparar una metralladora. Alguns d'aquests sistemes comercials són la Sidewinder Force Feedback Pro Joystick de Microsoft o la Wingman Force de Logitech.
En el cas de la resistència al desplaçament o la torsió, les palanques de l'empresa Immersion tenen un repertori de respostes de força molt interessant com, per exemple, aplicacions de cirurgia laparoscòpica (vegeu les aplicacions d'entrenament).
Tecnologia de braç robòtic
Aquests sistemes estan pensats per a crear l'efecte de resistència al desplaçament. Bàsicament, l'efecte es crea al braç en els sistemes grans, a la mà en els intermedis i al dit en els petits. Per exemple, si cal que l'usuari tingui l'efecte que no pot empènyer un objecte perquè ha topat amb un altre, o bé per a efectes d'elasticitat o fricció.
El braç que ha desenvolupat la Universitat de North Carolina és un bon exemple experimental. Trobareu més informació en el material web.
Tecnologia d'exoesquelet
Aquesta tecnologia és semblant a la que s'ha presentat com a sensors d'articulacions, llevat que en aquest cas limita el moviment, en comptes de detectar-lo. En efecte, l'estructura d'exoesquelet està dotada d'un sistema que força un cert moviment. N'hi ha de dos tipus principals: els que fan servir uns motors petits a les articulacions i els que tenen un sistema de cables d'acer que passen per unes guies fins a arribar a un mòdul de control (com si fos un tecnotitella). Aquest tipus de sistemes aplicats a la mà serveixen per a fer que l'usuari tingui l'efecte que agafa un objecte amb la mà, en percebi la solidesa i, fins a cert punt, la forma. Trobareu més informació en el material web.
Per la diversitat enorme d'efectes tàctils de força que es poden crear, també hi ha una sèrie de tecnologies secundàries que no es descriuran aquí per raons de brevetat, però també per qüestions de consolidació d'aquestes tecnologies.
6.2.2.Sistemes de sensacions tàctils
Aquests sistemes estan pensats per a crear efectes de rugositat, textura, fluïdesa, etc., és a dir, els efectes en què habitualment pensem com a tàctils. Com s'ha dit, hi ha molt pocs sistemes consolidats en aquesta àrea i encara s'està en fase de laboratori.
Subtipus
Aquí es mostren algunes de les tecnologies utilitzades encara que de moment no es comercialitzin:
Taula de subtipus
Subtipus
Detall
Tecnologia per motors vibradors
Aquesta tecnologia es basa en uns motors que produeixen una vibració de freqüència controlable. Hi ha diversos estudis perceptius que descriuen com una vibració d'una certa freqüència aplicada a una part del cos és interpretada pel sistema perceptiu tàctil del cos com un altre tipus d'efecte. Per exemple, uns motors petits adaptats als dits d'un guant i un altre d'adaptat al palmell creen un repertori d'efectes de textura, fluïdesa, tensió, etc. Trobareu més informació en el material web.
Tecnologia per bombolles d'aire
Aquesta tecnologia es basa a adaptar unes bosses petites inflables, sobretot en guants (tot i que també n'hi ha versions en vestits de cos sencer), que es controlen per un mòdul que decideix si s'han d'inflar o desinflar. Així, es pot crear l'efecte de pressió sobre un objecte i d'elasticitat. Un exemple d'això és el Teletact Glove de la Universitat de Salford.
Tecnologia per terminals tèrmics
La Universitat de Salford va desenvolupar el Termal Feedback Glove, un guant amb uns terminals tèrmics que es poden escalfar o refredar des d'un mòdul de control. Això permet a l'usuari de saber si interactua amb un objecte virtual calent o fred.
Tecnologia per agulles petites o tensions elèctriques petites
De manera experimental es fan proves amb rastos d'agulles petites adaptades al tou del dit d'un usuari. Amb aquest rast d'agulles es pot crear l'efecte d'arestes d'objectes virtuals o rugositats de textures. Com a alternativa a les agulles s'experimenta amb un rast de terminals elèctrics que fan una tensió elèctrica molt petita a fi de crear uns efectes semblants als de les agulles, però sense les dificultats mecàniques de la miniaturització.

7.Sistemes de reforç de situació i cinètics

El reforç de situació es refereix a una sèrie de sistemes que creen en l'usuari efectes cinètics a tot el cos. És a dir, sistemes que creen efectes de velocitat, de gravetat, d'acceleració, de direcció, de rotació, etc., a tot el cos. Per tant, són sistemes que estimulen el sistema d'equilibri de l'orella interna, i també el sistema nerviós i motriu.
Això és molt important, ja que una bona part dels problemes de nàusees i marejos associats a la realitat virtual provenen de la falta de consistència en els estímuls que reben els sistemes sensorials de l'usuari. És a dir, quan, a l'usuari, se li donen uns estímuls visuals de moviment, com per exemple en un avió, i aquest moviment no és correspost en el seu sistema d'equilibri, aquesta falta de consistència provoca una incomoditat en el sistema perceptiu que causa marejos i nàusees.

7.1.Utilització

La utilització que se'n fa està completament lligada a aplicacions que necessiten un reforç cinètic en els estímuls visuals i sonors. Per exemple, és molt important en simuladors de vol, en què l'aportació d'estímuls que ajudin l'usuari a entendre les forces que actuen sobre l'avió són vitals perquè decideixi quina maniobra és l'adequada en aquell moment.

7.2.Subcategories

Les dues subcategories en què dividim aquests sistemes són les següents:

  • Plataformes mòbils.

  • Sistemes motrius.

7.2.1.Plataformes mòbils
Es basen en sistemes diversos de mobilitat anomenats actuadors. Aquests actuadors poden ser pistons pneumàtics, hidràulics, electromagnètics, etc. També poden variar molt de mida, de manera que hi ha sistemes petits per a una plataforma que sosté una persona i prou, i plataformes que sostenen tota una cabina de simulador de vol que pesa tones.
Algunes de les característiques comunes que tenen són les següents:
Característica
Detall
Graus de llibertat
Això es refereix si la plataforma pot fer totes les translacions i les rotacions de l'espai 3D. N'hi ha moltes que no ho poden fer. Per exemple, hi ha moltes plataformes que es fan servir per a videojocs que tan sols tenen rotació endavant-enrere, rotació dreta-esquerra i desplaçaments amunt-avall.
Velocitat de resposta o inèrcia del sistema
Això es refereix a la velocitat amb què pot canviar de tipus d'estímul el sistema.
Càrrega màxima
Això es refereix al pes màxim que pot manipular la plataforma.
Forces gravitatòries
Això es refereix a les forces que es poden exercir sobre l'usuari de manera que es puguin simular forces centrípetes, ingravitació, etc. Es mesuren en Gs, la qual cosa que vol dir que aquestes forces remeten a la força de gravetat de la Terra com a referent unitari.
Exemples
A. Simulador de vol en plataforma d'actuadors hidràulics de 6 graus de llibertat. B. Plataforma d'actuadors electromagnètics de 6 graus de llibertat. C. Plataforma d'actuadors hidràulics de 3 graus de llibertat. D. Cabina SEGA 360 de 3 graus de llibertat en rotació.
A. Simulador de vol en plataforma d'actuadors hidràulics de 6 graus de llibertat. B. Plataforma d'actuadors electromagnètics de 6 graus de llibertat. C. Plataforma d'actuadors hidràulics de 3 graus de llibertat. D. Cabina SEGA 360 de 3 graus de llibertat en rotació.
7.2.2.Sistemes motrius
Els sistemes motrius són sistemes mecànics que ajuden l'usuari a entendre uns estímuls de mobilitat dins d'una experiència de realitat virtual. Així, dins de la gran varietat que hi ha, es poden trobar sistemes de bicicleta estàtica, caminadors de diversos tipus, sistemes de generació de terrenys, etc.
És molt difícil indicar-ne unes característiques globals i, per tant, sempre s'ha d'analitzar cada cas quan s'ha d'utilitzar un sistema d'aquests.
Exemples
A. Bicicleta estàtica amb aplicació de ciclisme i efecte de vent. B. Cybertron, que dóna 3 graus de llibertat de rotació. C. Omni-Directional Treadmill de Virtual Space Devices, Inc. D. Caminador en forma de steps per a aplicacions d'entrenament militar.
A. Bicicleta estàtica amb aplicació de ciclisme i efecte de vent. B. Cybertron, que dóna 3 graus de llibertat de rotació. C. Omni-Directional Treadmill de Virtual Space Devices, Inc. D. Caminador en forma de steps per a aplicacions d'entrenament militar.

8.Miscel·lanis

Aquí es reuneixen una sèrie de tecnologies i de sistemes que no entren en cap de les categories vistes fins ara. Són sistemes fets a mida o bé que exploten uns estímuls o detecten certes propietats tan particulars de l'usuari que no tenen una aplicació àmplia.
Hi ha des de simples cèl·lules fotoelèctriques fins a aparells complexos per a mesurar el moviment muscular dels ulls per a saber on mira l'usuari. A continuació se'n posen alguns exemples:

  • Detecció del moviment dels ulls

    Per a fer el seguiment de la mirada de l'usuari. Hi ha dues tecnologies: una per detecció de l'activitat muscular al voltant de l'ull i una altra per un sistema de càmera de vídeo que detecta la posició de la pupil·la.

  • Detectors de la pressió sanguínia

    Mesuren els canvis de tensió en l'usuari i donen un valor de 0 a 255. Hi ha algunes aplicacions que els utilitzen per a aconseguir que una persona estressada adquireixi un autocontrol que li permeti de relaxar-se.

  • Sensors de temperatura

    Normalment es fan sevir per a detectar la temperatura del cos de l'usuari.

  • Sensors de respiració

    N'hi ha de dos tipus: els que mesuren el ritme de respiració i els que mesuren l'expansió o la contracció toràcica.

9.Sistemes programari

Els sistemes programari són els que permeten el desenvolupament d'alguna part de l'experiència de realitat virtual. Per la gran interdisciplinarietat que tenen les aplicacions de realitat virtual, tot el desenvolupament es fa a partir de la feina de diferents experts en àmbits ben diversos. Des de dissenyadors gràfics fins a enginyers en electrònica, passant per modeladors, programadors, etc. Això dóna lloc a una bona varietat d'eines especialitzades, moltes de les quals no són exclusives de l'àmbit de la realitat virtual. Així, doncs, no hi ha un sistema programari que permeti de fer-ho tot. A continuació es descriuen els tipus més utilitzats.
Les diverses subcategories que es descriuen tot seguit tenen relació amb les fases de desenvolupament d'una aplicació de realitat virtual.

9.1.Eines de programació

Aquestes eines, en general, no són exclusives de la realitat virtual, encara que els llenguatges de programació de tipus C/C++ donen un control absolut sobre els algoritmes, la gestió d'entrades i sortides, els comportaments, etc., i per tant són molt útils.
No obstant això, hi ha el que se'n diu biblioteques de programació, que sí que són específiques de l'àmbit de la realitat virtual. Aquestes biblioteques aporten una funcionalitat de nivell més alt a llenguatges com el C/C++, de manera que l'equip desenvolupador no s'ha de preocupar de desenvolupar-ho tot des del principi cada vegada. En qualsevol aplicació de realitat virtual, hi surten sempre certs elements i, per tant, no té sentit programar-los una vegada rere l'altra. És aquí on hi ha l'interès d'aquestes biblioteques. Evidentment només són recomanables per a equips de desenvolupament experts ja que no són eines fàcils de fer servir, en el sentit que no tenen un entorn gràfic d'usuari que faciliti la visualització d'allò que es desenvolupa.
Hi ha bastants eines d'aquest tipus, i se'n destaquen dues: el WorldToolKit (WTK) de l'empresa Sense8 i el DIVE del Swedish Institute of Computer Science (SICS). El WTK va ser la primera eina d'aquest tipus que va sortir.
Les característiques principals d'aquest tipus d'eines són les següents:
Característica
Detall
Estructuració de l'entorn en una jerarquia d'objectes
S'allibera el programador de la tasca de gestionar els objectes de l'entorn com a elements geomètrics aïllats.
Gestió de l'alimentació dels objectes a la màquina gràfica
S'allibera el programador de les tasques associades amb el tractament dels objectes pel que fa a polígons, materials i textures, i de la seva alimentació optimitzada al sistema gràfic de l'ordinador.
Gestió d'alt nivell de les transformacions geomètriques
S'allibera l'usuari de les tasques associades amb les transformacions geomètriques sobre polígons dels objectes i amb la propagació de transformacions en estructures jeràrquiques d'objectes.
Gestió del bucle principal de l'aplicació
S'allibera el programador de gestionar el bucle principal de l'aplicació que ha de mantenir actualitzades les lectures de les interfícies d'entrada, els comportaments dels objectes, la situació del subjecte virtual, la generació dels estímuls de sortida, etc.
Gestió dels programes controladors de les interfícies físiques
Allibera el programador de desenvolupar sistemes gestors de la comunicació entre l'ordinador i les interfícies físiques, i aporta un ventall ampli de programes controladors.
Gestió de comportaments associats a objectes
Permet d'associar comportaments programats a objectes sense haver-ne de fer un seguiment específic quan s'han associat i s'han posat en marxa.
Gestió de les transformacions del punt de vista virtual
Allibera el programador de la gestió específica del punt de vista virtual associat al subjecte virtual i de totes les transformacions que hi ha involucrades.
Importació d'un ventall ampli de formats de geometries
Allibera el programador d'haver de programar la lectura d'arxius de geometries 3D, de les quals n'hi ha una bona diversitat.
Hi ha altres eines de programació d'experiències de realitat virtual que no formen part de cap altre llenguatge, sinó que aquestes eines mateixes són el llenguatge complet. Per exemple, el VRML (virtual reality modelling language). Aquest llenguatge es destaca per les qualitats següents:

  • Permet de definir experiències distribuïbles per Internet.

  • Ha estat definit per un consorci democràtic format per universitats, empreses, individus independents, desenvolupadors, usuaris, etc. Per tant, la definició d'aquest llenguatge no obeeix a uns interessos comercials concrets.

  • La filosofia multiplataforma que té fa que es pugui utilitzar en gairebé qualsevol sistema informàtic.

Aquest llenguatge, avui dia, evoluciona vers una versió nova anomenada X3D, la qual encara s'ha d'acabar de definir.

9.2.Entorns de desenvolupament

Aquestes eines són, segons com, les oposades a les anteriors. Oposades en el sentit que ofereixen un entorn de desenvolupament mitjançant una interfície gràfica d'usuari que permet, a més de visualitzar el resultat del desenvolupament, d'oblidar-se en gran manera de la programació, i que aporta comportaments predefinits per als objectes, les interfícies predefinides, etc.
Les característiques principals d'aquest tipus d'entorns són les següents:
Característica
Detall
Visualització de la jerarquia d'objectes de l'entorn i de les transformacions
Així com les biblioteques específiques de realitat virtual gestionen aquestes jerarquies per a alliberar el programador, els entorns de desenvolupaments ofereixen, a més, una visualització en forma d'arbre d'aquesta jerarquia per a gestionar-la sense haver de programar. A més, es donen funcionalitats com ara afegir un objecte a la jerarquia.
Importació d'un ventall ampli de formats de geometries
Permet d'importar geometries d'objectes directament a l'escena i situar aquests objectes mitjançant una interfície gràfica.
Visualització del posicionament i l'organització d'objectes en l'entorn
Aporten una finestra de visualització (o de previsualització) de l'entorn per a organitzar i situar els objectes sense haver d'indicar les transformacions geomètriques que hi ha involucrades de manera numèrica.
Repertori de comportaments assignables a objectes
Aporten un ventall ampli d'algoritmes de comportaments que es poden associar als objectes de manera transparent per al desenvolupador, és a dir, sense que s'hagi de preocupar d'entendre els processos que hi ha per sota.
Repertori d'interfícies utilitzables en la definició de la interacció de l'usuari amb l'experiència
Aporten un ventall ampli d'interfícies d'interacció predissenyades perquè es defineixin com a base de l'experiència sense que el desenvolupador hagi d'entendre els processos i els algoritmes que hi ha involucrats.
Gestió d'interfícies físiques
S'allibera el desenvolupador de programar no solament els programes controladors de les interfícies físiques sinó també la forma en què es mapen sobre les accions dels objectes, del subjecte virtual o de les accions globals de l'experiència.
Això resulta en un entorn de desenvolupament molt accessible a desenvolupadors novells o no experts i que permet un desenvolupament molt més ràpid. La contrapartida és que es perd molt control sobre allò que es vol dur a terme, ja que no es pot entrar a modificar en detall. Per a això és necessari baixar al nivell de programació i, per aquesta raó, hi ha molts entorns que aporten un llenguatge script que permet una certa programació a mida.
Alguns dels exemples d'aquests entorns són els següents: WorldUp, de Sense8; Alice, de l'investigador Randy Pausch i el seu equip de l'User Interface Group (Universitat de Virgínia, Departament de Ciències de la Computació); Motivate, especialitzat a definir i descriure comportaments de personatges virtuals, de l'empresa Motion Factory; VRT5, de Superscape.

9.3.Eines de modelatge

Les eines de modelatge són les que permeten de definir la geometria dels objectes que intervenen en una experiència de realitat virtual. Això és necessari quan els objectes no es generen de manera algorítmica en l'aplicació.
Per a modelar objectes en 3D, les eines acostumen a ser les estàndard de modelatge per a animacions per ordinador, com el 3D Studio MAX, el Maia o el Softimage. Es tracta d'eines potents que han evolucionat molt al llarg dels anys i que, avui dia, ofereixen un ventall enorme de funcionalitats.
No obstant això, per al modelatge d'objectes 3 D per a aplicacions de realitat virtual, fan falta una sèrie de funcions i d'eines que les estàndard de modelatge 3D no tenen. Aquestes característiques importants són les següents:
Característica
Detall
Control de quantitat de polígons
Com que la generació en temps real de les imatges en una aplicació de realitat virtual es fa a partir dels polígons dels objectes i com que les targetes acceleradores 3D tenen una certa limitació de polígons per segon, és extremament important optimitzar els objectes de manera que tinguin els polígons estrictament necessaris per a donar-hi forma. Així, doncs, quan es modela un objecte, és molt útil tenir eines que, a més d'informar-nos constantment dels polígons que té el nostre objecte, ens facin simplificacions automatitzades unint polígons superflus o eliminant polígons que segurament no es veurien.
Definició de nivells de detall
De la mateixa manera, és molt útil tenir diverses versions d'un mateix objecte. Cada versió té una quantitat de polígons diferent i, per tant, és més o menys detallat. Els objectes més detallats es presenten quan es veuen de prop, que és quan realment s'aprecia el detall. Els menys detallats serveixen per a quan es veuen de lluny i el detall no es veuria de totes maneres. D'això, se'n diu definició de nivells de detall o LOD (levels of detail).
Control de textures
Les textures, en molts casos, són molt importants per a donar detall però sense carregar la geometria, és a dir, per a estalviar una quantitat de polígons. Per aquesta raó és important tenir un bon control d'aplicació de textures i fer que les unions a les arestes dels polígons no tinguin discontinuïtats.
També és molt important tractar les textures de manera que utilitzem la resolució estrictament necessària. La gestió de textures a les targetes gràfiques també és limitada i, per això, és important no sobrecarregar-ho.
Finalment, també és convenient definir LOD de textures segons la distància de l'objecte al punt de vista.
Optimització d'objectes en tires de triangles
Encara que els objectes tinguin la quantitat estrictament necessària de polígons i de textures, les targetes gràfiques prefereixen que les geometries dels objectes estiguin formades de triangles. I, encara més, prefereixen que aquests triangles estiguin organitzats en strips. Els strips són tires de triangles consecutius, que es defineixen a partir dels vèrtexs que comparteixen. D'aquesta manera la targeta gràfica els pot pintar molt més de pressa. Per aquesta raó, si l'eina de modelatge ens fa aquesta triangulació i organització en strips, la nostra aplicació tindrà un rendiment visual molt més bo.
Optimització d'escenes per BSP
Hi ha molts nuclis de visualització gràfica que es beneficien d'una organització dels objectes d'una escena en una partició que s'anomena BSP (binary space partitioning). Es tracta d'una organització recursiva en forma d'arbre dels objectes de l'escena, els quals se separen de primer en conjunts de pertinença a un octant de l'espai global, després en un octant d'un octant i així, de manera recursiva, fins a arribar en un cert nivell mínim. Amb aquesta organització, el nucli de visualització pot saber amb facilitat els objectes que s'han de visualitzar i els que no, respecte del punt de vista.
Jerarquització d'objectes en estructures
Els objectes complexos, especialment els que han de tenir algun moviment de les parts de què estan formats, s'han d'organitzar en estructures jeràrquiques de transformacions. D'aquesta manera l'animació d'aquests objectes és molt més senzilla.
Hi ha, doncs, eines especialitzades a fer aquest tipus d'optimitzacions. Per exemple, tota la gamma de programari MultiGen de l'empresa Multigen-Paradigm.

10.Falses tecnologies

Hi ha tecnologies que s'han qualificat de realitat virtual de manera errònia o malintencionada per l'interès que capta aquest àmbit en la societat. Així, s'ha afavorit la promoció i l'explotació d'aquestes tecnologies i dels productes que en deriven. Una de les àrees que ha explotat més l'interès de la realitat virtual és la indústria del cinema i, especialment, Hollywood. Des dels efectes especials que s'utilitzen en les pel·lícules, fins als anomenats cinemes 3D, passant per les pel·lícules d'animació per ordinador, tot s'ha "venut" com a realitat virtual.
En aquest punt de l'assignatura l'alumnat segurament ja és capaç de veure que no hi ha cap d'aquestes tecnologies que es pugui qualificar de realitat virtual, ja que no compleix ni el fet de ser interactiva ni el de ser generada en temps real.
Una altra tecnologia associada erròniament a la realitat virtual és l'anomenada QTVR (QuickTime virtual reality). Aquesta tecnologia, extensió del QuickTime d'Apple, es basa en una imatge panoràmica de 360°, sia fotografiada de l'entorn físic o generada per ordinador. Aquesta imatge es visualitza com si fos mapada sobre l'interior d'un cilindre o d'una esfera, amb el punt de vista situat al centre. Això permet a l'usuari d'explorar la imatge rotant el punt de vista a la dreta, a l'esquerra, a dalt o a baix. La visualització és, efectivament, interactiva, però no es genera en temps real. La imatge panoràmica es defineix prèviament i després és inalterable. Això produeix l'efecte que no hi ha cap dels objectes de la imatge que es pugui moure. Per tant, es defineixen entorns completament estàtics. D'altra banda, si l'usuari decideix acostar-se a una zona de l'entorn per a veure-ho amb més detall, el resultat és un tramatge de la imatge, ja que el sistema no pot donar un detall que no té (la imatge ha estat pregravada) i l'única opció que té és fer un zoom digital. Si el que l'usuari vol és canviar el punt de vista, s'ha d'haver generat i gravat prèviament aquest altre punt de vista en forma d'imatge panoràmica; no hi ha cap altra manera amb què el sistema li pugui oferir aquest altre punt de vista.
D'aquesta manera es pot veure que el QTVR no té, en realitat, la qualificació de VR. Això no vol dir que no sigui una eina o un sistema multimèdia excel·lents. Tan sols vol dir que no és realitat virtual.
Hi ha altres tecnologies i productes que es venen com a realitat virtual. Encara que no es llisten aquí, s'anima els estudiants a analitzar tot allò que trobin amb el qualificatiu de realitat virtual i a decidir si ho és o no.

Bibliografia

Ames, A.; Nadeau, D.; Moreland, J. (1997). VRML 2.0 Sourcebook, Second Edition. Londres: John Wiley and Sons, Inc.
Barfield, W.; Danas, E. (1996). "Comments on the use of olfactory displays for virtual environments".Presence: Teleoperators and Virtual Environments(vol. 5, núm. 1, pàg. 109-121). Cambridge, MA: MIT Press.
Begault, D. R. (1994). 3D Sound for Virtual Reality and Multimedia. Londres: Academic Press Inc.
Bergamasco, S. R.; Alessi, A. A.; Calcara, M. (1997). "Thermal feedback in virtual environments".Presence: Teleoperators and Virtual Environments(vol. 6, núm. 6, pàg. 617-629). Cambridge, MA: MIT Press.
Burdea, G. C. (1996). Force and Touch Feedback for Virtual Reality. Londres: John Wiley and Sons, Inc.
Burdea, G. C.; Coiffet, P. (1994). Virtual Reality Technology. Nova York: John Wiley and Sons, Inc.
Cruz-Neira, C.; Sandin, D. J.; Defanti, T. A.(1993, juliol). "Surround-screen projection-based virtual reality: the design and implementation of the CAVE".ACM SIGGRAPH '93 Conference Proceedings. Anaheim, CA.
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.
Fisher, S.i altres (1986). "Virtual environment display system".ACM 1986 Workshop on 3D Interactive Graphics. Chapel Hill, NC: ACM.
Foley, J.i altres (1990). Computer Graphics Principles and Practice(2a. ed.). Reading, MA: Addison-Wesley.
Frécon, E.; Stenius, M. (1998). "DIVE: a scaleable network architecture for distributed virtual environments". A:Distributed Systems Engineering Journal (special issue on Distributed Virtual Environments)(vol. 5, núm. 3, pàg. 91-100). Londres: The British Computer Society, The Institution of Electrical Engineers, The Institute of Physics Publishing.
Fröhlich, B.; Wesche, G.; Strauss, W.(1995, gener).Responsive Workbench. German National Research Center for Computer Science (GMD). [Informació del projecte en HTML]http://viswiz.gmd.de/IMF/rw.html
Fröhlich, B.; Grunst, G.; Krüger, W.; Wesche, G. (1995). "The responsive workbench: a virtual working environment for physicians".Elevier Science, Computers in Biology and Medicine(vol. 25, núm. 2, pàg. 301-308).
Glassner, A. S. (1990). Graphics Gems. Londres: Academic Press.
Janko, S.; Leopoldseder, H; Stocker, G. (1996). Ars Electronica Center Linz. Museum of the Future. Linz: Ars Electronica Center Linz.
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.
McCauley, M. E.; Sharkey, T. J. (1992). "Cybersickness: perception of self-motion in virtual environments".Presence: Teleoperators and Virtual Environments(vol 1, núm. 3, pàg. 311). Cambridge, MA: MIT Press.
Menache, A. (2000). Understanding Motion Capture for Computer Animation and Video Games. Nova York: Morgan-Kaufmann.
Motion Factory.Motivate Intelligent Digital Actor System.http://www.motion-factory.com/[Softwarede diseño de comportamientos].
Multigen-Paradigm, Inc.MultiGen. [Programari de modelatge i d'optimització d'objectes virtuals]http://www.multigen.com/
Noser, H.; Thalmann, D.(1996, juny). "The animation of autonomous actors based on production rules". A:Proceedings Computer Animation '96. IEEE Computer Society Press.
Parés, N.Tutorial de VRML97. Barcelona.http://www.iua.upf.es/~npares/docencia/vrml/tutorial.htm, 1997. [Format HTML i VRML]
Pausch, R.i altres (1995, maig). "A brief architechtural overview of Alice, a rapid prototyping system for virtual reality".IEEE Computer Graphics and Applications.
Pyramid Systems Inc.ImmersaDesk.http://www.pyramidsystems.com/idesk.html[Sistema de visualització]
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.http://www.interlog.com/~drokeby/home.html[Informació addicional]
Roehl, B.i altres (1997). Late Night VRML 2.0 with Java. Nova York: Macmillan Computer Publishing.
Rogers, D. F.; Adams, J. A. (1990). Mathematical Elements for Computer Graphics(2a. ed.). Singapur: McGraw-Hill.
Rosenberg, L. (1997). A Force Feedback Programming Primer. San José, CA: Immersion Corp.
Rowley, T. W. (1993). "Virtual reality products". A: R. A. Earnshaw; M. A. Gigante; H. Jones (ed.).Virtual Reality Systems. Londres: Academic Press Ltd.
Sense8, Inc.WorldToolKit. [Empresa de programari de realitat virtual]http://www.sense8.com/
Shaw, J. (1993). "EVE: extended virtual environment". A: ZKM.Multimediale 3(pàg. 60-61). Karlsruhe: ZKM.http://www.mediamatic.nl/Doors/Doors2/Shaw/Shaw-Doors2-E3.html
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).
Transom Technologies.Transom Jack.http://www.transom.com/[Programari de proves ergonomètriques]
Viewpoint Digital.3D Geometries.http://www.viewpoint.com/[Empresa d'objectes 3D]
Vince, J. (1995). Virtual Reality Systems. Londres: Addison-Wesley.