1.3 Evolución Histórica

Los Primeros Simuladores

Aunque se trata de una tecnología emergente en estos últimos años, y parece que lleva pocos años entre nosotros, la realidad virtual echa sus raíces en la década de los 50 e incluso antes.

Ya en 1930 aparecen los primeros simuladores de vuelo, que pueden verse como una primera aproximación a las simulaciones y con ello la realidad virtual. En época de entreguerras es importante la formación de los pilotos, pero usualmente los pilotos aprendían de forma práctica volando, no hacían ningún entrenamiento añadido. El problema aparecía con los nuevos modelos de aviones, poner un avión de un alto coste en manos de un piloto inexperto no era una idea muy buena ni para el piloto ni para el avión. De esta necesidad nació la idea de realizar un entrenamiento en tierra con un simulador de vuelo antes de los vuelos reales.

Este simulador provocó un cambio de mentalidad entre los investigadores y diseñadores, en lugar de entrenar tareas en dispositivos reales, se crean dispositivos que simulan los reales para realizar esas prácticas. Este es uno de los objetivos que fundamenta la realidad virtual.

El simulador era muy rudimentario ya que consistía simplemente en una cabina de avión con todos los elementos que el avión real, pero solo algunos de ellos activaban alguna acción u opción. Carecía de muchos detalles y solo permitían simular ciertos aspectos como es el pitch y el roll. Comparado con los simuladores actuales esta desfasado tecnológicamente, pero en su época fue un avance tecnológico muy importante, y además, supuso la adopción de la realidad virtual como una tecnología militar, siendo hoy en aun hoy en día la industria armamentística la principal inversora en las investigaciones en realidad virtual.

La primera experiencia virtual

Si bien esos primeros simuladores de vuelo no se pueden considerar como aplicaciones de realidad virtual plenamente, fué a partir de ellos que se empezó a investigar en tecnologías que posteriormente llegarán a formar parte de la realidad virtual. Entre los científicos e ingenieros que fueron partícipes de la génesis de la realidad virtual, podemos considerar a Morton Heilig junto con Ivan Sutherland como los padres de la realidad virtual en la época de la posguerra mundial.

En 1956, Morton Heilig comenzó a diseñar la primera experiencia virtual multisensorial. Con apariencia de una máquina recreativa de videojuegos, el “sensorama” combinaba película, audio, vibración, viento y olor, todo diseñado para hacer sentir al usuario como si estuviera dentro de la película más que viendo la película. Fue patentado en 1962.

La máquina fué utilizada a lo largo de todo Estados Unidos y permitía al usuario por un cuarto de dólar experimentar uno de las cinco películas a todo color con sensaciones de movimiento, sonido, viento y olor. Las cinco experiencias contenían un viaje a través de Nueva York en motocicleta o bicicleta, una carrera con un coche en una playa, un viaje en helicóptero sobre un barrio de la ciudad y un baile de salón con una bailarina. Como no existían los ordenadores, todas estas películas eran grabadas y simplemente reproducidas para el cliente. Aún no había sentido de interacción entre el usuario y el entorno, el usuario solo era mero receptor de las sensaciones.

También patentó la idea para un dispositivo que se puede considerar como el primer HMD (head mounted display). Propuso la idea en 1957 y la patentó en 1960. Usaba un gran campo de visión para ver fotogramas en 3D, e incluía sonido estéreo y un generador de olores. Más tarde propuso la idea de crear un teatro inmersivo que permita la proyección de imágenes tridimensionales sin necesitar que el usuario lleve gafas especiales o dispositivos. Los asistentes a la representación se sentaban en asientos que estaban conectados con la película, no sólo para permitir un sonido estéreo, sino también la sensación de movimiento. Los olores se crearían mediante la combinación de varios olores básicos en el sistema de aire acondicionado. Esta “experiencia sensorial” nunca llegó a ser construida, pero puso los cimientos de lo que en las décadas siguientes se ha intentado alcanzar.

Mejoras de las Técnicas de Representación

Tal y como conocemos hoy en día la realidad virtual, surgió a partir de las investigaciones en gráficos tridimensionales interactivos y la simulación de vehículos en la década de las 60 y 70. El desarrollo de la disciplina se fraguó en el MIT (Instituto Tecnológico de Massachussets) y Utah con Ivan Sutherland como protagonista.

Dos de los fundamentos necesarios para la realidad virtual fueron realizados en el MIT por Larry Roberts y Sutherland. Las contribuciones prácticas incluyeron la investigación y desarrollo que permiten al tubo de rayos catódicos (CRT) utilizarse como un dispositivo adecuado para la representación gráfico de imágenes creadas por ordenador y el desarrollo de interfaces interactivos que permitan al usuario interaccionar con la imagen mostrada en el CRT.

En esta misma época se realizaron grandes avances en la creación de imágenes tridimensionales por ordenador. Roberts escribió en 1963 el primer algoritmo para eliminar superficies ocultas en una fotografía de perspectiva. También se crearon algoritmos rápidos para la eliminación de esas mismas superficies ocultas en imágenes tridimensionales. Otro de los grandes avances en el campo fue en 1971 cuando Henri Gouraud desarrolló un algoritmo para la creación de sombras contínuas. El efecto de esta técnica hacía que una superficie compuesta de polígonos pareciera ser contínua. Esto es esencial para generar las imágenes que se utilizan dentro de un entorno de realidad virtual.

En 1965 Sutherland creó el Ultimate Display. Es una nueva versión de un HMD con la particularidad de tener una pantalla estereoscópica (una pantalla para cada ojo). También disponía de un sistema de posicionamiento mecánico que permitía saber la dirección de la cabeza del usuario.

Una de las primeras aplicaciones de este HMD fue en la Bell Helicopter Company. Adaptado para ser llevado por los pilotos, el HMD tenía como entrada una cámara infrarroja montada en la parte inferior del helicóptero. La cámara seguía el movimiento de la cabeza del piloto. De esta forma, el sistema ofrecía a los pilotos de helicópteros militares la capacidad de aterrizar de noche en un terreno difícil. Este experimento, aunque algo rudimentario para hoy en día, demostró que una persona podría verse totalmente inmersa en un entorno remoto simplemente a través de una cámara.

Posteriormente, ya en Harvard, Sutherland y uno de sus estudiantes, Robert Sproull, partiendo de la idea de “realidad remota” experimentada con éxito en el MIT, remplazaron la cámara por imágenes creadas por ordenador. La primera aplicación de realidad virtual propiamente dicha fue una habitación cuadrada con gráficos vectoriales con las direcciones cardinales en las paredes. El usuario podía entrar a la habitación y moverse a través de la habitación mirando todo a su alrededor. En esa época también se empezó a utilizar la realidad aumentada.

Simultáneamente en Ohio se trabajaba en como mejorar la forma en que se relacionaban los pilotos con maquinas complejas. El objetivo era simplificar el interfaz que presentaban las cabinas de pilotaje a los pilotos de forma que no fuera necesario más que un piloto para pilotar correctamente el avión. La solución que se elaboró fue una cabina de pilotaje que proyectara información directamente al piloto, de manera que pueda volar valiéndose solo de un horizonte simulado. Esto hoy en día es crítica para los pilotos de cazas, ya que permite volar de noche sin utilizar ningún foco de luz, donde la realidad virtual reproduce lo que el piloto no puede ver con sus ojos. El desarrollo culminó en 1981 cuando se proyectó la cabina virtual por primera vez, con un ángulo de visión de 120º para el piloto.

No sería hasta 1984 cuando en la NASA se construyó el primer HMD de bajo coste llamado VIVED (Virtual Visual Environment Display System), desarrollado por un grupo de investigación liderado por Michael McGreevy. Se utilizó junto con una computadora PDP-11/40 y dos monitores de 19’’, videocámaras, circuito cerrado de video, etc. Se realizaron demostraciones para la industria y la universidad y se diseñaron aplicaciones que incluían la exploración planetaria, simulación de dinámica de fluidos, etc.