Aportes de la Realidad Virtual en Educacion Br. Elio Fernández Estudiante de Educación Universidad Catolica Andrés Bello Br. Algi Meneses Estudiante de Educación Universidad Catolica Andrés Bello Br. María Fernanda López Estudiante de Educación Universidad Catolica Andrés Bello Br. Mireya Mora Estudiante de Educación Universidad Catolica Andrés Bello Trabajo del Grupo de Investigación: Realidad Virtual en Educación Caracas - Venezuela /1998   ANTECEDENTES DE LA REALIDAD VIRTUAL AÑO QUIEN(ES) EVENTO 1950 Introducción del CINEMASCOPE 1956 MORTON , Heilig Desarrollo de SENSORAMA 1961 COMEAU y BRYAN Primer circuito cerrado de TV, con visor en casco 1965 SUTHERLAND, Ivan Primer casco de inmersión tridimensional. 1970 NEGROPONTE, Nicholas Mapa virtual de la Ciudad de Colorado 1977-1982 SANDIN, Dan Guantes Virtuales 1985 LANIER, Jaron Creación del termino Realidad Virtual. 1987 VAL Research INC. Primeros productos de R.V y comercialización de DATA GLOVE (guantes) 1989 BERNERS-LEE, Tim Bases de WWW en HTML 1990 VRML irrumpe en Internet. 1991 HOLMES, Richard Se patenta guante de retroalimentaciòn tangible 1993 Creación de MOSAIC 1994 Presentación de LABYRINTH 1994 PESCE, Mark y PARISI ,Toni Primera Versión oficial de VRML Creación de la primera lista VRML. VELEZ, G.(1998). Curso Introductorio a la RV.   DEFINICIONES BASICAS Realidad Virtual: concepto desarrollado a partir de la novela de ciencia-ficciòn de Willian Gibson, NEUROMANTE, (1985) y leída por los científicos de la NASA quienes decidieron hacerla realidad aplicable. Para muchos implica un sistema que permite al usuario, ver moverse y hasta reaccionar de manera interactiva, dentro de un mundo simulado creado por ordenador o computador. La Realidad Virtual es la Manipulación de los sentidos humanos ( hasta ahora: Tacto, visión y audición) por medio de entorno tridimensionales sintetizados por computadora, en el que uno o varios usuarios acoplados de manera adecuada al sistema de computación interactuan de manera rápida e intuitiva, de modo que la computadora desaparece de la mente del usuario dejando como real el entorno generado por la computadora. Aprendizaje: proceso de transformación que se opera en el individuo, llevándolo a su perfeccionamiento y plenitud humana, siendo relacionado a cambios mas o menos permanentes en la conducta. Componentes de la Realidad Virtual: Elementos necesarios para construir y experimentar de forma interactiva la Realidad Virtual. Estos se dividen en dos grandes categorías: 8 Elementos de Hardware: dispositivos físicos del sistema. Dispositivos Sensoriales: periféricos especiales, que fueron diseñados para crear la impresión de realidad en lo relacionado con la percepción sensorial, son los llamados interfaces y pueden ser: Cascos: dispositivos especiales, que se colocan en la cabeza y que poseen una pequeña pantalla en color con aplicación sensorial visual y auditiva, nos permite sumergirnos en el mundo virtual, dentro de un campo de visión tridimensional estéreo- òptica y una completa percepción de la profundidad, con bloqueo a cualquier visión exterior. Guantes de datos de licra y fibra: dispositivos que permiten ver en la pantalla una mano ilustrada que imita los movimientos de la propia mano dentro del mundo virtual. Sólo basta apuntar en la dirección en que el individuo desee, mientras que para mover un objeto virtual, nos situamos sobre el y tratamos de agarrarlo (los mas usados son los exoesquelèticos rígidos, ya que la fibra no pierde forma ni se estira). Los trajes tienen un mecanismo muy parecido al de estos guantes Lentes Estereoscópicos: contienen unos obturadores que necesitan ser activados por batería, y permiten al usuario percibir la profundidad del mundo virtual en el monitor. : Computadora: grupo de dispositivos y programas que se encargan de sistemas de procesamiento electrónico de datos. Pueden ser analógicos (manipulan variables físicas) o digitales (procesan datos almacenados y codificados). Sus elementos son: Tarjetas aceleradoras de procesos: son placas de circuitos que implementan funciones relacionadas con la velocidad que desarrolla el programa, bajo el soporte del computador. Sistema de seguimiento y rastreo: computadoras o redes de esta cuyos datos pueden ser accesibles y rastreables por otros. Dispositivo de entrada: elementos físicos del hardware que permiten introducir información que va ha ser procesada: teclado, Mouse, micrófono, discos flexibles, apuntadores electrónicos, varillas de dirección ("wands"), esferas de seguimiento ("trackballs"), escaneres ("scanners), Mano virtual ("Virtual Hand"), etc. Dispositivos de salida: elementos físicos del hardware que permiten la salida de información procesada por el computador: monitor, cornetas, impresoras, plotters, modems, cascos, lentes estereoscópicos, audífonos de 3D, etc. Dispositivo de Entrada/Salida: elementos físicos del hardware que introducen y reciben información: guantes de datos, trajes. Rampas, plataformas. 8 Elementos del Software: programas de ejecución del computador que permiten seleccionar y analizar la información. Ellos son: Modelaciòn 3D: también llamados constructores o editores (elaborar y describir mundos virtuales) Gráficos Bidimensionales: sirven de apoyo a la elaboración de mundos virtuales (Texturas) Edición de sonido digital. Simuladores de la Realidad Virtual: permite crear e interaccionar mundos virtuales desde los operadores o computadores. Ciberespacio: ámbito de aquel espacio virtual donde opera la red global de computadoras. Cibernautas son usuarios humanos que visitan mundos virtuales. Realidad Artificial: (Myron, 1970) persigue la participación corporal de uno o más usuarios en mundos artificiales generados por computadora incorporado en tiempo real, las imágenes y acciones de aquellos mediante el uso de filmadores de vídeo sin requerir engorrosos dispositivos de entrada. Agente: ente virtual, generalmente con forma humana aun cuando pudiera adoptar forma animal, que se incorpora en los mundos virtuales para cumplir determinadas tareas, siendo asociado con cierta inteligencia artificial conferida. Ambiente: en términos de la realidad virtual, es un modelo generado por computadora que puede ser experimentado desde adentro como si fuera un lugar "un mundo" que existe enteramente en la memoria del computador. Animatrònico: se refiere a ser creado electrónicamente para ser manipulado como si fuera real. Atributo: rasgo o cualidad que distingue una persona, lugar o cosa. Avatar: tipo particular de agente que aparece en un mundo virtual representando a un usuario (Telepresencia). BOOM (binocular Omni-Orientation Monitor) Display: monitor unido a un brazo mecánico articulado, su uso es parecido a un periscopio en un submarino, permitiendo retirar la mirada de vez en cuando del programa. Despliegue: tecnología de representación de algunos de los sentidos humanos. Demora: diferencia de tiempo producida entre una acción y la respuesta del sistema que la rastrea y realimenta el computador. Efectores: Aquellos sensores de entrada y salida que comunican al computador los movimientos del usuario o proveen estimulación sensorial del computador al usuario. Escalamiento: es el poder de los objetos virtuales, uno puede introducir la descripción gráfica de un objeto que sea transitable y luego comprimirlo. Esfera de fuerza: dispositivo de entrada de seis grados de libertad que permiten la manipulación de los objetos o cambios de perspectiva (se ejerce fuerza sobre este dispositivo en forma de esfera para poder navegar o interactuar con el mundo virtual). Estereoscópico: efecto visual que imparte una visión de tres dimensiones. Interpelación: vinculación mutua que existe entre dos personas u objetos. Intrusivo: condición de un objeto o persona de invadir una escena, situación o sistema. Juego de Herramientas ("toolkit"): librería compilada de comandos e instrucciones de software para desarrollar aplicaciones. Maquina de Realidad Virtual: sistema de computación que procesa y genera mundos virtuales, incorporando a ese proceso uno o más computadores, manejando tres tipos de tarea: Entrada de datos. Salida de datos. Generación, operación y administración de mundos virtuales. Midi: interfaz digital de instrumentos musicales o estándar que muchos instrumentos electrónicos musicales soportan, permite intercambiar información musical entre instrumentos musicales y computadoras. Multisensorial: se refiere a la participación de los sentidos. Mundo Virtual: ambiente artificial generado por computadora dentro del cual un usuario puede interactuar con dicho mundo y manipular directamente los objetos que en este existen. Ellos pueden ser: 7 Mundo Muerto: aquel en el que no hay objetos en movimiento ni partes interactivas, por lo cual solo permite su exploración. 7 Mundo Real: aquel en el que los elementos tienen sus atributos reales, de tal manera que si miramos un reloj, marca la hora. 7 Mundo Fantástico: aquel que nos permite realizar tareas irreales, como volar o atravesar paredes. Percepción Haptica: implica la mezcolanza de sentidos que agrupamos bajo la categoría "tacto" (pero en la relación contacto exterior-piel)   TECNICAS DE LA REALIDAD VIRTUAL Interacción: rasgos que permiten al usuario manipular el curso de la acción dentro de una aplicación de realidad virtual, permitiendo que el sistema responda a los estímulos de la persona que lo utiliza, creando interdependencia entre ellos. (Intercambio de información y posibilidad de cambio del ambiente). Hay tres grados de interacción: Velocidad: referida al tiempo en el cual la entrada de datos puede ser asimilado por el ambiente mediado. Rango: concierne al numero de posibilidades de acción para un momento dado. Mapeo: habilidad de un sistema para mapear (asignar lugar en mapa) sus controles ante los cambios que ocurren en el ambiente mediado, de manera natural y predecible. Navegación: habilidad del usuario para moverse independientemente alrededor del mundo virtual; las restricciones para este aspecto las coloca el creador del software que permite varios grados de libertad. También es importante el posicionamiento del punto de vistas del usuario. Es decir nos permite desplazar el punto de vista del usuario a través del espacio tridimensional. Inmersión significa bloquear toda distracción y enfocarse selectivamente solo en una información u operación sobre la cual trabaja, posee dos atributos importantes: Habilidad para enfocar la atención del usuario Convierte una base de datos, en experiencias estimulando de esta manera el sistema natural de aprendizaje humano. Posee tres niveles: Nivel 1 INMERSION TOTAL: se alcanza a través de trajes de datos y cascos Nivel 2 Inmersión Plena: se alcanza solo a través de interfaces visuales. Nivel 3 Inmersión Parcial: la que se observa a través de la visión directa de la imagen en 3D en un computador. Manipulación: es la habilidad de intentar tocar algún objeto virtual y lograr que este y el mundo respondan de manera apropiada (es decir de manera casi real). Tridimensionalidad. Realización: transformar datos en objetos visualizables, también es conocida como virtualizaciòn. Puede ser considerada una entrada de imágenes que se encuentran en un escalafón mas alto que la visualización.   FORMAS DE LA REALIDAD VIRTUAL Cabina de simulación: generalmente la cabina recrea el interior de un dispositivo o maquina que se desea simular (avión, carro, etc.)las ventanas de las mismas se reemplazan por pantallas de computadora de alta resolución, además existen bocinas estereofónicas que brindan el sonido ambiental y puede estar colocada fija o sobre ejes móviles (programa diseñado para responder en tiempo real) Realidad Proyectada: en este tipo de realidad virtual una imagen en movimiento, del usuario, es proyectada junto con otras imágenes en una extensa pantalla donde el usuario se ve así mismo como si estuviese en la escena. Realidad Aumentada: esta se logra cuando una persona escoge fiarse del mundo real como línea de referencia, pero utiliza visores de cristal transparentes u otros medios inmersivos para aumentar la realidad, superponiendo esquemas, diagramas, textos, referencias, etc. Telepresencia: significa presencia remota (MINSKY), es un medio que proporciona a la persona sensación de estar físicamente en otro lugar por medio de una escena creada por computadora. Realidad Virtual de Escritorio: tablero de realidad virtual que es una subinstalaciòn del tradicional sistema de r.v., se utiliza el monitor como visualizador o sino un sistema de proyección. Ventanas acopladas Visualmente: sistema de inmersión que se asocia con mayor frecuencia a la r.v.; se basa en colocar las muestras directamente enfrente al usuario y conectando los movimientos de la cabeza con la imagen mostrada. APLICACIÓN EDUCATIVA DE LAS TECNICAS DE LA REALIDAD VITUAL La educación puede ser concebida como un proceso de exploración, de descubrimientos, de observación y de construcción de nuestra visión del conocimiento (siendo la actividad humana por preferencia). Dentro de este marco la r.v. nos permite aprender visitando lugares donde jamas estaremos en la vida real, tal vez porque sea muy pequeño para ser visto o muy grande para ser examinado como un todo, o muy caro o muy distante. En estas líneas podemos expresar algunas experiencias: Facultad de Arquitectura de la Universidad Central de Venezuela. Centro de Tecnología Educativa de la Universidad Católica Andrés Bello. (Venezuela). Centro de Investigación Tecnológica SIGMA. Colombia. Virtual Enviroment Technology Laboratory. NASA USA. Universidad de Carolina del Este. USA (màs de cien proyectos en escuelas y otras instituciones educativas, al mes) La Escuela SHEPHERD para Niños especiales. Nottingham. Inglaterra. Instituto de Tecnología Educativa de Georgia. USA. Universidad del estado de Carolina del Norte. Universidad de la Florida. USA Laboratorio de física Virtual. Houston. USA. Exploración planetaria a distancia. NASA.USA Etc.   POSIBILIDADES Y LIMITACIONES DE LA REALIDAD VIRTUAL. ASPECTOS PRINCIPALES: La posibilidad y/o limitación por lo que significa la R.V, por lo que ofrece a la ciencia, la educación, la economía, la ingeniería, la industria y a las comunicaciones. Los costos de los equipos lo cual puede ser un factor barrera para la implementaron de esta tecnología en el ámbito global. La R.V. tiene grandes capacidades que deben ser tomadas en cuenta: Capacidad de modelar gráficos en 3D en una animación primaria. Posibilidad de desplazarse dentro y fuera del objeto o mundo construido. Incorporación de animación interna a los objetos. Acceso global a la visita de los mundos virtuales. Creación de sistemas de iluminación Adaptación de sonidos. Movilidad (dinámica de los objetos). Escenarios texturizados Modificaciones y actualizaciones sobre lo ya creado. PROS SOBRE La Realidad Virtual: Ofrece facilidad de aprendizaje. Incrementa la capacidad de comunicación interactiva en la red. Ofrece rapidez en la creación de mundos sencillos. Manejo mas compacto de información y transferencia de la misma. Mayor visualización Constituye un escalafón al manejo de información en 4D Presenta Evolución de los medios, esto no tiene marcha atrás. Integración progresiva en todo los ámbitos culturales. CONTRAS SOBRE La Realidad Virtual: Esta aun distante de desarrollar el potencial que promete. Esta sujeto a deformaciones impuestas por las empresas fabricantes. Bajo Nivel de Resolución gráfica (cascos) Dificultad de percepción y control de retroalimentaciòn de la fuerza. Demora en la relación acción vs. Reacción imagen modificada. Limitado rango de muestreo de movimientos. Alto costo de equipo sofisticado. Malestar derivado de sesiones prolongadas de trabajo (mareo, nauseas,etc) Mayor nivel de complejidad