sorprendente mundo de la Realidad Virtual

En este artículo, revisaremos algunos conceptos relacionados con el tema del sorprendente mundo de la realidad virtual, con el propósito de hacerla mas familiar y cercana a aquellos que recién se están interesando en este tema.

La realidad virtual, un concepto que hace tan solo algunos años pareciera de uso exclusivo de alguna película de ciencia ficción. Pues bien hoy en día, la realidad virtual se ha convertido en algo que podemos disfrutar, si bien aun existe un largo camino por recorrer, la realidad virtual esta dando sus primeros pasos hacia un mercado de consumo, el cual esta repleto de oportunidades en las cuales se puede utilizar y aplicar la realidad virtual.

Antes de entrar en materia, sería conveniente definir primero que es lo que se entiende por Realidad Virtual:

La realidad virtual es un entorno de escenas u objetos de apariencia real, generado mediante tecnología informática, que crea en el usuario la sensación de estar inmerso en él. Dicho entorno es contemplado por el usuario a través normalmente de un dispositivo conocido como gafas o casco de realidad virtual. Este puede ir acompañado de otros dispositivos, como guantes o trajes especiales, que permiten una mayor interacción con el entorno así como la percepción de diferentes estímulos que intensifican la sensación de realidad.

A continuación echaremos un vistazo a los jugadores más destacados, las tecnologías y la terminología en el moderno mundo de la realidad virtual.

Hace sólo algunos años atrás, la realidad virtual prácticamente se limitaba a los confines de un laboratorio académico provisto de equipamiento de un valor inimaginable o bien a una instalación militar super secreta. Pero con el descubrimiento de que los paneles móviles podrían ser reutilizados para la VR de alta calidad, llegó un nuevo aire a la industria, que se tradujo en una ráfaga de pantallas montadas frontalmente (HMD), clamshells Smartphones y controladores.

La idea de este artículo es ordenar toda la información que existe sobre el tema en un resumen breve de lo que hay y cómo se une todo. Vamos a definir algunos de los términos y separar un poco la realidad de la ficción.

Esto es, por lo que todo el mundo que se encuentra desarrollando es tecnología pretende como resultado final: llegar al punto de que estes totalmente convencido y sumergido en el ambiente virtual que se te presenta, que no sepas diferenciar la realidad de la ficción. No se trata de tener una representación fiel a la vida (foto realismo). Más bien, se trata de ese momento cuando estás de pie sobre una cornisa virtual, y mientras tu mente dice: “Está bien dar un paso adelante”, tu cuerpo tiene una reacción muy diferente.

Field of View (FOV) Campo de Visión

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Campo de Visión de Oculus en comparación con el video original

Podría decirse que el mayor avance con en el desarrollo de la realidad virtual, ha sido en el campo de la visión (FOV), o el área visible real. En promedio, somos capaces de ver alrededor de 170 grados en nuestro campo de visión natural. Antes de la Oculus Rift Kickstarter, la mayoría de los HMD de nivel de consumidor, como el Vuzix VR920 y Sony HMZ-T1-tenían un campo de visión de solo 32 a 45 grados.

En contraste, los prototipos HMD para consumidores modernos muestran un campo de visión de 90 a 120 grados. Aunque eso no es la totalidad de los 170 grados que podemos ver, naturalmente, un aumento en 100 grados en el campo de visión ocular, ya es todo un avance, así lo demuestra el Proyecto Morfeo de Sony y el Oculus ‘(CV1).

Estado latente

La latencia se refiere a la demora entre el momento en que se mueve su cabeza y cuando ves los cambios físicos en la pantalla. Richard Huddy, científico jefe de la plataforma de juegos de AMD, dice que es necesaria una latencia de 11 milisegundos o menos para los juegos interactivos, aunque de vez en cuando, moviéndose alrededor en una película VR de 360 grados es aceptable en 20 ms. En tanto documentos y entrevistas de Nvidia afirman que una latencia de 20ms sería suficiente.

Seguimiento de la Cabeza

Hay dos categorías de seguimiento de la cabeza.

El Seguimiento de la cabeza basado en la orientación, es la forma más básica, y sólo detecta las rotaciones directas de la cabeza: izquierda a derecha, de arriba a abajo y un movimiento continuo similar a una rotación del reloj. Por el momento, esta es la única forma de la que se dispone para seguir los movimientos de la cabeza y es el que utilizan la mayoría de los dispositivos para la realidad virtual.

Otra forma de seguimiento de la cabeza, llamada de seguimiento de posición, incluye las rotaciones de la cabeza, así como los movimientos y las traducciones correspondientes a los movimientos de su cuerpo. No seguimiento de sus miembros, sino más bien el HMD, ya que se posiciona en relación con tu cuerpo.

El seguimiento de posición, se logra de varias maneras:

  • Oculus Rift DK2 y la Media Luna Bay, y ahora, tambien el CV1, utilizan una cámara de infrarrojos combinada con magnetómetros y giroscopios. La cámara capta los reflectores en el HMD y extrapola los datos de posición de la forma en que se colocan. Oculus está llamando “Constelacion” a su sistema de seguimiento.
  • Sixense desarrollado como un complemento experimental para Samsung VR Gear, utiliza campos magnéticos para detectar cómo se coloca un objeto, y por lo tanto se las arregló para desarrollar el seguimiento de posición ad-hoc como un dispositivo que los demás no tienen.
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Vrvana Totem Prototype
  • Vrvana utiliza un par de cámaras y rastrea los marcadores o estructuras en una habitación como base para la determinación de cómo la HMD se posiciona físicamente. Mientras que el seguimiento todavía necesita trabajo, vimos un prototipo en la feria E3, que se basa en cámaras duales y también trabaja en un entorno sin marcadores.
  • HTC / de Valve. Vive HMD utiliza una tecnología de “faro” (más sobre esto más adelante).

Hay otras opciones, pero esos son sólo algunos ejemplos populares.

Resolución

¡Cuidado! Hay más en la resolución anunciada de lo que parece. Hay dos tipos de HMD en el mercado hoy en día.

El tipo más popular tiene un único panel LCD cuya resolución se divide por la mitad.

Por lo tanto, una resolución Sony PlayStation VR (pSVR) que ha se promovido como 1920×1080 es en realidad 960×1080 píxeles por ojo. El Oculus Rift DK1 (1280×800 o 640×800 por ojo) y DK2 (1920×1080 o 960×1080 por ojo) operan bajo los mismos principios.

Realidad Virtual foto 3Otros sistemas, como el sistema de inmersión de VRelia, están trabajando hacia una mayor resolución mediante el uso de dos pantallas LCD en lugar de una. Por lo tanto, un panel 1080p es en realidad 1920×1080 por ojo. La resolución del Oculus CV1 es 2160×1200 o 1080×1200 por panel.

Realidad Virtual foto 4El sistema Sixense añadió seguimiento posicional para los anteojos Samsung Gear VR, utilizando campos magnéticos y controladores inalámbricos STEM. Esta es una tecnología de la vieja escuela que se utilizaba en las CUEVAS de VR en décadas pasadas. UNA CUEVA (cueva entorno virtual automático) es básicamente una sala de realidad virtual basada en la proyección o, en casos raros, grandes paneles de visualización. UNA CUEVA mínimo considera dos paredes y un piso, pero puede ser tan avanzada como seis paredes que rodean a gran escala. Se utilizan con mayor frecuencia para las simulaciones y la investigación.

Realidad Virtual foto 5Las primeras formas de interacción en las cuevas de realidad virtual se basaron en la detección magnética de dispositivos y controladores de gestos. El gran problema es que los marcos de las CUEVAS son de metal, y esto interacciona de forma negativa con los campos magnéticos de los dispositivos de Realidad Virtual.

Según Amir Rubin, director general de Sixense, nuevos controladores STEM de la compañía han superado los desafíos asociados con los campos magnéticos que interactúan con armazón de metal. Con la ayuda de una unidad de medición inercial (IMU) insertada en cada uno de los componente STEM, Sixense correlaciona los datos entre el campo magnético y la IMU para mantener la precisión de forma consistente. En todos los demos preparados que hemos visto, la tecnología funcionó bien.

No se sabe si esto va en la dirección correcta, pero la oferta de Oculus VR con el Touch Oculus. Son una mezcla entre el seguimiento de infrarrojos Oculus ‘, que ya está incluido en su modelo CV1. A diferencia de las tecnologías basadas en los guantes que tratan de determinar la posición exacta de los dedos del usuario y su alcance, que emulan una experiencia similar al detectar el estado de encendido y apagado de los diferentes botones y sensores capacitivos que se refieren a la forma en que los dispositivos se llevan a cabo. Mientras es algo dificil al principio, otros usuarios han descubierto que es más fácil de aprender, y es sin duda una opción mucho mejor para VR que un controlador de Xbox estándar por sí solo.

Realidad Virtual foto 6HTC y Valve, fueron la ruta a seguir con su modelol Vive HMD y controladores. Con la tecnología, apodada “Faro”, se montan dos estaciones con base de láser, las que emiten el laser desde el techo, en los extremos opuestos de la habitación. El HMD y los controladores están cubiertos con sensores de nódulos.

Los sensores son colocados estratégicamente a lo largo de la forma de la HMD o dispositivo, o lo que sea tiene que ser rastreado. A medida que los rayos láser parpadean en estos sensores, el sistema de faro calcula dónde y cómo el dispositivo se coloca en relación con las estaciones base basado en la sincronización de los destellos de láser. Este conocimiento de cómo se colocan los nódulos, combinada con la detección de la forma en que se colocan cuando los láseres parpadean en ellos, proporciona la información necesaria para el seguimiento de la cabeza posicional instantánea y control de entrada.

Realidad Virtual foto 7Para hacer “The Walking Dead” en el trabajo de VR en el E3, prototipo experimental StarVR HMD Starbreeze Studios se basa en dos pantallas de una resolucion de 2.5K , lentes de Fresnel y un campo de vision de 210 grados.

Esto se hizo posible gracias a una tecnologia que permite a ciertos patrones reconocibles llamados marcadores fiduciarios que se pegan a la HMD y cualquier objeto que necesita seguimiento. Una cámara externa detecta la colocación de estos marcadores y extrapola la HMD y el objeto de posicionamiento.

Emmanuel Márquez, director de tecnología de Starbreeze Studios, dijo que la compañía le gustaría aumentar la resolución de su HMD a un nivel de 8K, y que espera que esto sea posible dentro de los próximos cinco años.

El prototipo avanzado de ANTVR funciona de una manera completamente diferente. En este caso, el suelo está salpicado de material retro-reflectante, y la cámara a bordo de la HMD que mira hacia abajo utiliza la estera como una referencia de seguimiento de posición.

Realidad Virtual foto 9La Plataforma Move de Sony está compuesta por la cámara PlayStation Eye y el controlador Mover. El seguimiento del movimiento está basado en el cambio de color que es captado por la cámara.

Este cambio de color es necesario para destacar los colores de fondo de la sala para que la cámara pueda fácilmente realizar un seguimiento. El controlador de movimiento también cuenta con un sensor con acelerómetro para detectar con una gran precisión la rotación del controlador. La combinación de todos estos elementos hacen de este un sistema de primer nivel.

Realidad Virtual foto 10Leap Motion es del tamaño de una pequeña barra de chocolate, y cuenta con dos cámaras con tres LEDs infrarrojos. Las cámaras captan lo que se refleja en la luz infrarroja, y con el uso de su software, crean mapas de lo que está en su campo de visión. El software más reciente de Leap Motion incluso incluye técnicas para compensar el seguimiento esquelético, cuando una mano esta sobre la otra.

FOVE HMD con seguimiento de los ojos

FOVE, es una empresa cuyo nombre se deriva de la palabra “fóvea” (la parte del ojo que permite enfocar) esta empresa, está desarrollando un HMD que cuenta con seguimiento ocular u optico, y ha hecho demostraciones donde su ojo controla la interfaz. La tecnología también puede ajustar el aspecto de la profundidad de campo de acuerdo a lo que usted está viendo.

Como se mencionó anteriormente, uno de los grandes desafios que enfrenta la realidad virtual, es tener suficiente poder de procesamiento para ofrecer las velocidades de fotogramas requeridas y de super-baja latencia. Si bien un alto campo de visión es necesario para la presencia, no es necesario para la resolución virgen de toda la imagen, porque la gente no ve, naturalmente, los detalles finos en su visión periférica.

La compañía también ha construido una relación con Valve, como candidato para el sistema de seguimiento de Faro. (Valve ha licenciado su tecnología de seguimiento a terceros y dispositivos cualificados.)

Realidad Virtual foto 12Hay una opción más, que vale la pena mencionar: Sulon Technologies está desarrollando una pantalla montada en la cabeza / de realidad aumentada mixta. En realidad está en línea con lo que Leap y HoloLens de Microsoft pretendían ser en un comienzo, por lo menos los videos promocionales de marketing de la compañía son verdaderamente impresionante. Sin embargo, es el resultado final que tiene a todo el mundo entusiasmado.

La pantalla Sulon, montada en la cabeza, ofrece un par de cámaras que capturan la habitación. Computadora o teléfono inteligente de la unidad añade una capa digital basada en lo que están viendo y es como estar interactuando con lo que ves. El resultado es una experiencia de realidad aumentada que mezcla el mundo real y digital a tu alrededor.

Locomoción

Un gran desafío para lograr presencia es tener la capacidad de experimentar una gama completa de movimiento físico convincente. Si su cuerpo y la mente están hablando diferentes idiomas, la ilusión es tan buena como nada. HTC / Valve, afirman que Vive funcionará en un espacio tan grande como 15 pies cuadrados (1,4 metros cuadrados).

Timewarp Asíncrono

Sabemos que si una pantalla está trabajando a 75 Hz, equivale a 75 FPS. El problema es, 75 FPS en alta resolución es difícil de sostener, dado que las tarjetas gráficas modernas a menudo tienen dificultades para alcanzar un en forma estable un rendimiento no inferior a los 60FPS. Si se toma en cuenta el requisito de tener una visión izquierda y otra derecha con soporte 3D estereoscópico, el uso que se le exigirá a la tarjeta grafica sería enorme.

Timewarp asíncrono (ATW) es una técnica para lograr un equilibrio entre lo que su GPU puede hacer y lo que necesita su pantalla para mostrar mediante la inserción de fotogramas intermedios en situaciones en el juego o aplicación no pueden sostener la velocidad de fotogramas. El “warp” es el proceso de ajuste real. Deformación de tiempo en sus propios urdimbres o ajusta la imagen antes de enviarla a la pantalla mediante la corrección de movimiento de la cabeza que se produjo justo después de que la escena fue creada en el hilo de renderizado. Es un efecto post-proceso en que se desplaza la imagen completa para dar cuenta de la última posición de la cabeza del usuario.

Realidad Virtual foto 13La limitación de la deformación de tiempo es que es dependiente de marcos coherentes que se alimenta desde la tarjeta gráfica porque el ajuste pasa después de finalizado el proceso de renderización. Si el equipo se distrae con otra tarea y vacila, la información mostrada en el HMD causará molestias.

El sistema de deformación de tiempo asíncrono trabaja para resolver ese problema mediante el seguimiento continuo de la última colocación de la cabeza en un hilo de procesamiento independiente, no es dependiente del ciclo de representación de la tarjeta gráfica. Antes de cada sincronización vertical, el hilo asíncrono aporta su información actualizada a la última trama completada por el hilo de renderizado. Hacerlo de esta manera debe tener latencias aún más bajas y una mayor precisión sobre Timewarp para no interrumpir el fotograma y hacer que sea vea de forma continua.

Por desgracia, nada es perfecto. Aunque ATW está ahí para ayudar a compensar una tarjeta gráfica de bajo rendimiento, es propenso a “judder” o ligera duplicación de imágenes, como lo mostramos en la foto superior.

Mientras esperamos normas formales a través de DirectX y OpenGL, AMD y Nvidia han llegado con los SDK de propiedad y técnicas como una medida provisional para mejorar la interacción a través de sus tarjetas gráficas. El objetivo es reducir la latencia y aumentar la velocidad de fotogramas para los dispositivos de realidad virtual.

 

Realidad Virtual foto 14VR líquido es una pieza separada del código y se ejecuta en la plataforma de Mantle, según Richard Huddy, jefe científico de juegos para AMD. Mantle es un API AMD patentado que proporciona un acceso más profundo y más rápido, en comparación con la ruta estándar DirectX 11.

Mantle y VR líquido proporcionan acceso completo a la funcionalidad del motor de cálculo asíncrono de AMD (ACE). Una unidad de procesamiento de flujo GPU es una ranura para el procesamiento de un único comando. En GPUs de mayor edad, los comandos se manejaron de forma secuencial. Mientras que la Radeon HD 7970 cuenta con 2048 shaders, incluso cuando la GPU está ocupada, rara vez son todos ellos utilizados plenamente. La arquitectura ACE permite intercalar diferentes comandos al mismo tiempo y llenar esos vacíos. Cuando las ranuras de la unidad de procesamiento de flujo sin usar están disponibles, los comandos pasan a través, según sea necesario. La GPU en realidad podría ser el manejo de las tareas de computación, incluso mientras se está realizando trabajos gráficos, sin la necesidad de renunciar a un valioso tiempo de procesamiento.

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AMD, una GPU para cada ojo o pantalla.

Con configuraciones CrossFire (multi-GPU), cada tarjeta gráfica alternaría marcos. Esto no funciona bien cuando una imagen se divide entre pantallas en un HMD VR. VR líquido puede dividir efectivamente las responsabilidades de cada tarjeta y un GPU para el ojo izquierdo y otra para el derecho.

Nvidia VR GameWorks

Nvidia VR GameWorks es menos un API formal y más una serie de técnicas y características que ayudan a los desarrolladores a obtener el máximo rendimiento de sus GPUs para fines de VR. Por ejemplo, antes, hablamos sobre Timewarp asíncrono. En el mundo de Nvidia GameWorks, Timewarp asíncrono está disponible en el nivel de controlador. Al igual que en la plataforma de VR Líquido de AMD, Nvidia también está introduciendo SLI VR, lo que significa que los equipos con varias tarjetas gráficas estarán mejor equipados para hacer que las vistas izquierda y derecha se vean iguales en todo sentido, haciendo del VR una experiencia mucho más placentera.

Pero es la tecnología de sombreado multi-resolución de la compañía, lo que es más interesante. Los HMD modernos como el Oculus Rift y HTC Vive requieren una vista dual elíptica. Mientras que las imágenes se vean extrañas a simple vista en un monitor de computadora, estas se verán bien en los lentes de HMD.

RV Oculus Rift imagen
Como podemos apreciar, el nivel de detalle es excelente.

La solución de Nvidia es dividir la imagen en una cuadrícula de 3×3 de las ventanas gráficas. Para nuestros propósitos, hay que pensar en las ventanas gráficas como segmentos de espacio en la pantalla. Mientras el visor central se mantiene en la resolución completa o casi completa, las ventanas de los alrededores se prestan en forma similar a la urdimbre tradicional que utiliza para ser manejado en el post-procesamiento.

Conclusión

Después de haber revisado todo lo relacionado con el desarrollo de esta industria, puedo decir que es realmente increíble. Antes de que un solo producto de consumo haya sido puesto en el mercado, ya hemos visto innovaciones dedicadas en el núcleo de cómo conseguimos gráficos para nuestras pantallas de realidad virtual, y estamos viendo las pantallas montadas en la cabeza que cuentan con una amplia gama de especificaciones y tecnologías básicas.

Sin embargo, tenemos que recordar que esta carrera no tiene una línea de meta. A diferencia de la industria de las pantallas tradicionales, que tiene una curva de aprendizaje limitada, cada adición puede cambiar drásticamente nuestra comprensión de la realidad virtual y otras formas de tecnología inmersiva.

Según Simon Benson, director del Grupo de Tecnología inmersiva para Sony Computer Entertainment Worldwide Studios, un simple aumento de cinco grados de campo de visión cambia todo. En este caso, citó un ejemplo en el que pilotos de carreras tenían más accidentes de coche porque el diseño de su coche actualizado permite una visión más amplia de la carretera y sin querer rompió su enfoque.

Después de haber revisado los dispositivos: Oculus CV1, de Valve HTC Vice, FOVE, Starbreeze VR, Inmersión-VRelia de plataforma GO y un sinnúmero de otros productos, esta promete ser una industria diversa, y lo mejor está por venir. Aunque este claro que todavía falta un largo camino para poder disfrutar de un sistema de realidad virtual en nuestro hogar, principalmente por el tema del hardware, que a esos niveles es extremadamente demandante, estaría al alcance solo de unos pocos mortales, por su elevado precio.

Sin embargo, los sistemas “normales” que existen hoy en dia son bastante buenos y de verdad te sumergen en ese mundo en el cual nada es lo que parece y engaña totalmente a tu cerebro con escenarios en los cuales vemos cosas y ambientes que visualmente están ahí pero físicamente no y es ahí donde comienza la verdadera diversión.

Ahora bien, mientras las distintas plataformas no se limitan a un solo nombre o APIs, sólo habrá ganadores en este espacio tanto para los consumidores y proveedores.

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