Entre la ilusión y la realidad (virtual)

Guillermo Cárdenas Guzmán

Guillermo Cárdenas Guzmán

Más allá de su amplio uso en la industria del entretenimiento, las tecnologías de realidad virtual y aumentada están generando nuevas posibilidades de aprendizaje e interacción en muchos campos del conocimiento.

El cirujano ausculta a un deportista que sufrió una grave lesión en el tobillo. Lo recuesta sobre la cama del consultorio y con ayuda de una diminuta cámara de video que transmite imágenes simultáneamente a una pantalla y a un visor montado en la cabeza, puede ver el interior del pie. Sin necesidad de hacer ninguna incisión ni introducir un endoscopio, el médico puede examinar los huesos, tendones y músculos como si la piel del paciente fuera transparente. El efecto se logra por medio de un truco tecnológico: las imágenes reales del exterior del pie que registra la cámara se fusionan con otras imágenes virtuales de las partes internas, generadas por un equipo de tomografía computarizada que utiliza rayos X para escanear capa por capa y desde diferentes ángulos el tejido de la zona lesionada. Con esta tecnología, el cirujano puede ver, sin quitar la vista del paciente, una imagen que es mitad real y mitad virtual. Es como si usara una lupa especial que en vez de aumentar el objeto, añade capas de realidad.

¿Escenario futurista o fantasía fílmica? Se trata de un proyecto dirigido por el investigador Nassir Navab, de la Universidad Tecnológica de Múnich, Alemania, que pronto podría pasar del laboratorio a las clínicas y hospitales. En México también hay proyectos de este tipo. Gracias al desarrollo de tecnologías de Realidad Virtual (RV) y Realidad Aumentada (RA), las fronteras entre el mundo físico y los ambientes artificiales computarizados parecen cada vez más difusas. Más allá del ámbito recreativo, las aplicaciones de RV y RA están transformando la manera en que aprendemos e interactuamos.

Más que videojuegos

Los dispositivos para generar realidades alternativas no son ninguna novedad. Incluso preceden a la computación digital. Uno de los primeros casos documentados es el llamado Sensorama, una cabina construida por el inventor Morton Heiling en 1962. Este invento ofrecía al usuario una experiencia inmersiva multisensorial con imágenes tridimensionales envolventes, vibraciones del asiento y hasta viento y olores. A finales de esa misma década la introducción masiva de equipos y sistemas de cómputo digital facilitó la proyección de escenarios virtuales altamente realistas.

Una de las industrias que más ha impulsado los dispositivos de RV es la de los videojuegos. Algunos de sus productos han superado en ventas a grandes producciones hollywoodenses. Es el caso del videojuego para computadoras personales (PC) y videoconsolas llamado Call of Duty, que durante la semana de su lanzamiento en el Reino Unido en el verano de 2015 obtuvo ganancias por 550 millones de dólares frente a los 512 millones de la película Mundo jurásico. En 2016 los videojuegos para dispositivos móviles superaron en demanda a los productos diseñados para PC. A corto y mediano plazo, la mayor parte de las ganancias serán generadas por las ventas de hardware, contenidos y formatos para interacción en vivo.

Por su parte, medios de comunicación como The New York Times, Huffington Post y The Guardian entre otros también han lanzado plataformas de RV para hacer más vívidas las noticias que presentan. Las plataformas incluyen videos filmados en 360 grados y reconstrucciones virtuales de hechos, que pueden verse directamente en las páginas web de las publicaciones o por medio de aplicaciones para celulares.

Las tecnologías usadas para desarrollar videojuegos son las mismas que luego se aplican para diseñar escenarios de realidad virtual, explica el investigador Gabriel Sepúlveda Cervantes, director de Proyectos del Centro de Innovación y Desarrollo Tecnológico en Cómputo (Cidetec) del Instituto Politécnico Nacional (IPN). Sin embargo, el experto en Mecatrónica lamenta que entre el público, e incluso en muchas universidades, la RV se considere como cosa de juego.

Fuera del cajón

Hace más de una década los dispositivos de RV estaban confinados prácticamente a los centros de estudio o empresas. Había algunos modelos comerciales como el sistema VFX1, que la compañía Forte lanzó a mediados de los años 90. Este aparato incluía casco, control manual y una tarjeta electrónica que alojaba la interface, pero resultaba voluminoso y caro (en esa época costaba unos 600 dólares).

Esta situación comenzó a cambiar con la llegada al mercado de productos con mejor resolución como el casco Oculus Rift, el Playstation VR de Sony y el HTC Vive, que en opinión de Sepúlveda ha detonado un auge en el desarrollo de aplicaciones de RV y RA. Estos nuevos visores permiten experiencias inmersivas más completas, pues el usuario puede desplazarse físicamente e interactuar en ambientes virtuales (como el jardín de una casa o una playa) en lugar de permanecer estático observando proyecciones en 3D.

María del Carmen Ramos Nava, jefa del Departamento de Visualización y Realidad Virtual de la Dirección General de Cómputo y Tecnologías de Información y Comunicación de la UNAM, coincide con Sepúlveda y recuerda que la RV nació con el uso de lentes 3D, que al principio estaban en laboratorios y centros de investigación, pero cuyo uso se multiplicó tras la llegada de tabletas y teléfonos celulares. Un aspecto clave en esta transición es el aumento de resolución de las pantallas. La resolución se expresa en términos del número de puntos que componen las imágenes, llamados pixeles. Entre mayor sea el número de pixeles, más nítida y fiel será la imagen. Por ejemplo, un dispositivo de alta definición (1 920 x 1 080 pixeles) permite proyectar imágenes en aproximadamente dos millones de puntos, o dos megapixeles.

Con cámaras en 3D, equipos con mayor capacidad de memoria y procesamiento, sensores de reconocimiento de voz y celulares que permiten desplegar imágenes en alta definición disponibles comercialmente, las compañías pueden fabricar equipos y aplicaciones para explotar la RV, observa Sepúlveda Cervantes. Una clara señal de esta tendencia, agrega el científico del IPN, es que este año por primera vez fue nominada una película en RV, titulada Pearl, a los premios Oscar, en la categoría de corto animado. Esta obra, dirigida por Patrick Osborne, reúne video musical y una historia familiar que transcurre en un ambiente inmersivo 3D dentro de un auto, al cual puede acceder el usuario desde la perspectiva que desee por medio de dispositivos de RV. Una versión en You Tube optimizada para el navegador Chrome puede verse en: http:// bit.ly/2nLY1jt.

A pesar de la mejora constante en los dispositivos portátiles, aún resulta insuficiente para desplegar escenarios virtuales de alto nivel de realismo como los de las producciones animadas o los que presentan los cascos de RV. Más complejo aún resulta simular o visualizar fenómenos como huracanes, galaxias o corrientes marinas, pues estos procesos requieren equipos con alta capacidad de procesamiento de datos.

Tecnologías combinadas

Alberto Beltrán Herrera, fundador y director de la empresa mexicana Kuruchu Soft, comenta que mientras en Estados Unidos hay una marcada tendencia a producir películas de realidad virtual, los países del norte de Europa se han dedicado a fabricar hardware especializado (por ejemplo, cámaras y sensores) para algunos proyectos, como galerías virtuales. La empresa de Beltrán hace software a la medida de los clientes.

Kuruchu Soft ha diseñado y comercializado aplicaciones de RA que enriquecen materiales impresos con contenidos multimedia como audio, video, imágenes en 3D, mapas y animaciones Flash, que se visualizan en dispositivos móviles o cascos sin necesidad de conexión a internet. Un ejemplo de este trabajo aparece en el libro de texto gratuito de Geografía de Quinto Grado que edita la Secretaría de Educación Pública: dirigiendo la cámara de una tableta o celular con la aplicación correspondiente, los escolares pueden ver un mapa plano de los volcanes transformarse en un escenario virtual con relieves e información adicional. Con esta tecnología también han generado réplicas virtuales de piezas originales de museos, maquetas digitales, rompecabezas en 3D y murales interactivos, entre otras aplicaciones.

Según Alberto Beltrán, otra tendencia es combinar tecnologías en una sola plataforma: “ya no se trata sólo de RV o RA, ahora se están usando dispositivos como el sensor Kinect para reconocer el movimiento del usuario y hacer simulaciones realistas de un juego de béisbol, una cirugía o el vuelo de una aeronave”.

Los grupos de trabajo dirigidos por Gabriel Sepúlveda, por su parte, adaptan programas y equipos disponibles en el mercado para generar aplicaciones médicas e industriales. Es el caso de un sistema de tele-rehabilitación para pacientes que han sufrido lesiones en las extremidades superiores y que ofrece una alternativa para aquellos que no pueden acudir a las sesiones con el especialista, el cual puede monitorear remotamente sus avances. Esta innovación, desarrollada por los estudiantes Nayeli González, Selene Araiza, Omar Dávila y Aura Jessid Márquez bajo la dirección de Sepúlveda, integra tres tecnologías. La primera es un dispositivo “háptico” (que da una señal física de retroalimentación para que el usuario sienta los objetos en medios virtuales). Las otras tecnologías son un controlador (leap motion) para visualizar las manos y un sensor Kinect, que captura los movimientos de codo, brazo, hombro y muñeca. Los aparatos tienen una base de datos que registra los ejercicios de los pacientes en cada sesión; así el fisioterapeuta puede verificar en forma remota los avances en las terapias de rehabilitación y controlar las rutinas. Un software le permite ajustar los movimientos, posición y repeticiones de acuerdo con las necesidades de cada individuo.

Otro proyecto, del alumno Omar Aarón Guerrero del Cidetec, es un simulador de vuelo en helicóptero Bell 412 que recrea al aparato y los objetos que pueden verse al pilotarlo por medio de imágenes y sonidos que se proyectan en un visor de RV o en una PC. A este programa informático se acopla una plataforma mecánica circular de 120 centímetros de diámetro con un asiento y un sistema operado con un controlador electrónico Arduino. La plataforma se puede mover hacia adelante o atrás, o lateralmente. Se pueden añadir ambientes virtuales a la medida, por ejemplo, pistas visuales como un helipuerto con todos los edificios que lo rodean. “Por eso la RV es tan útil; uno puede personalizar la aplicación para maximizar el aprendizaje del usuario”, dice Sepúlveda Cervantes.

Pearl VR, dirigida por Patrick Osborne, estuvo nominada al Oscar en la categoría de corto animado; es la primera que vez que se nomina una película de RV.

El simulador de vuelo en helicóptero Bell 412, desarrollado en el IPN, funciona con un visor de RV o una PC; se acopla a una plataforma mecánica con un asiento y un sistema electrónico. Foto: Guillermo Cárdenas G.

Mejor aprendizaje

En la UNAM la RV y la RA se utilizan en psicología para diseñar ambientes virtuales que ayuden al tratamiento de pacientes; en medicina y odontología para visualizar modelos anatómicos e intervenciones quirúrgicas; en ciencias del mar para simular operaciones a bordo de un buque y en ingeniería para el entrenamiento de personas con discapacidad motriz.

¿Estas herramientas podrán sustituir a la enseñanza convencional? Quizá es muy pronto para saberlo. Pero es probable que en pocos años los equipos de RV y RA sean tan comunes en los ambientes escolares como ahora lo son las computadoras. A ello se suma que algunos estudios han encontrado que estos ambientes digitales inmersivos pueden favorecer el aprendizaje. Es el caso de una investigación dirigida por Jeremy Bailenson, del Departamento de Comunicación de la Universidad Stanford. El director del Laboratorio de Interacción Virtual-Humana encontró que los estudiantes aprenden mejor en los salones de clases cuando pueden aproximarse a objetos representados virtualmente y apreciarlos desde múltiples perspectivas.

Algunas casas productoras de Estados Unidos han comenzado a explotar las posibilidades de un nuevo sistema de grabación denominado “captura volumétrica”, que emplea múltiples cámaras para registrar acciones desde distintos ángulos a la vez. El futuro de la RV podría apuntar en esa dirección y superar al sistema de filmación de 360 grados.

Los equipos más completos no están al alcance de todos. En México la mayor parte de la RV que se genera es “de observador”. “Las aplicaciones actuales permiten oprimir botones y mover la figura que representa al usuario, pero físicamente no hay desplazamiento. La RV va en esa dirección”, afirma Sepúlveda. Alberto Beltrán también considera que los cascos no son muy accesibles, y la opción, más económica, de usar visores para celulares y tabletas no permite una inmersión total: estos dispositivos portátiles, por avanzados que sean, no alcanzan la capacidad de procesamiento de las computadoras y consolas a las que se conectan los equipos más sofisticados. La calidad de los gráficos debe sacrificarse si se quiere que los programas operen en dispositivos móviles.

María del Carmen Ramos argumenta que los equipos para generar RV aún tienen grandes deficiencias en la reproducción de sensaciones olfativas y gustativas, que se obtienen liberando sustancias aromáticas en el ambiente físico del usuario. Aunque hay grupos de investigación que tratan de reproducir los olores y sabores del mundo real, sus resultados son limitados. “Hacer un mundo totalmente virtual es muy costoso”, afirma la titular del Laboratorio de Visualización de RV inmersiva de la UNAM (Ixtli, véase ¿Cómo ves? No. 66). “Por eso se da prioridad a ciertos sentidos en función de las necesidades de la aplicación: visual si se trata de recrear zonas arqueológicas, táctil si se pretende simular una cirugía y auditiva en el caso de los instrumentos musicales.”

Visores como el HTC Vive, que son menos voluminosos, con mejor resolución y precios más accesibles, han detonado el desarrollo de aplicaciones de RV y RA. Sin embargo, para que los equipos de RV se vuelvan masivos, como ocurrió con los celulares, falta que bajen los costos o se simplifiquen los dispositivos.

Visión del futuro

Este panorama se transformará en la medida que bajen los costos de los equipos, lo cual detonará su masificación, como ocurrió con los celulares. Otra expectativa es que los dispositivos puedan simplificarse e integrarse sin cables ni grandes estructuras, de manera que la mayoría de las personas puedan usarlos e incluso compartir sus experiencias, pronostica María del Carmen Ramos.

Una línea de investigación que apunta en esa dirección es la RV distribuida, en la cual los mundos simulados pueden desplegarse no en un solo equipo, sino en muchos dispositivos interconectados por internet. Algunos videojuegos posibilitan la interacción de usuarios en tiempo real sobre un mismo escenario aunque físicamente estén lejos, pero esta innovación irá más allá, porque permitirá modificar los objetos virtuales. Un ejemplo: sistemas colaborativos donde los participantes trabajan con documentos, pinturas o diagramas compartidos que tienen grandes volúmenes de información (son muy “pesados”), pero son visibles y manipulables en cada una de las terminales conectadas.

Esta tendencia hacia la convergencia e interconexión de dispositivos (tal como sucede ahora con el celular, la computadora y la televisión inteligente) también abarcará áreas del conocimiento, como ya comienza a hacerse evidente con los grupos multidisciplinarios de investigación en RV y RA que congregan a médicos, ingenieros, psicólogos, diseñadores gráficos, lingüistas, arquitectos, programadores, artistas y computólogos.