lunes, 20 de octubre de 2014

Realidad aumentada


Según López, en la tesis de maestría mencionada anteriormente, para realizar esta labor es necesaria la realización de cuatro tareas fundamentales: (1) Captura de la escena, (2) identificación de la escena, (3) realidad más aumento y (4) visualización de la escena. Sin embargo se hace mención a que al interior del campo de investigación de la realidad aumentada se sugiere la inclusión de una tarea denominada “interacción”, debido a que esta es una tarea de gran importancia ya que crea la relación directa entre el sistema y el usuario. A continuación se describen cada una de estas tareas de manera específica.

En relación con el punto (1) de captura de la escena, se menciona que existen diversos mecanismos y sistemas para realizar captura de escenas en realidad aumentada para su posterior procesamiento, dentro de los cuales se pueden encontrar: (a) Dispositivos de video. En este conjunto se encuentran las cámaras de video y dispositivos móviles, siempre y cuando tengan una cámara. (b) Dispositivos de visualización. Estos dispositivos acostumbran a trabajar en tiempo real, haciéndolos no sólo más costosos en presupuesto sino también en complejidad. Para el punto (2) identificar el escenario, los investigadores Bimber y Rakar, en el artículo escrito el año 2005 titulado “Realidad aumentada espacial, mezcla de mundos reales y virtuales”, menciona que el proceso consiste en averiguar qué escenario físico real es el que el usuario quiere que se aumente con información digital. López, en la tesis citada, menciona que este proceso puede llevarse a cabo, básicamente, de dos maneras: Utilizando marcadores o sin utilizarlos: (a) Reconocimiento por marcadores: En palabras de Cawood y Fiala, en el libro escrito el año 2008 titulado “Realidad aumentada: Una guía práctica”, en los sistemas de realidad aumentada, un marcador es un objeto cuya imagen es conocida por el sistema. Dichos sistemas son reconocidos por utilizar marcadores fiduciales que se obtienen mediante una cámara y técnicas de visión por computadora. Las maneras en que el sistema conoce el marcador se pueden agrupar en tres conjuntos, mediante su geometría, su color o mediante ambas características. Dentro de los sistemas de detección de marcas se pueden destacar: ARToolKit, ARTag, StudierStube, OsgART, etc. Estos sistemas se encuentran compuestos por una serie de bibliotecas que recogen las técnicas de visión necesarias para realizar el posicionamiento del objeto. (b) Reconocimiento sin marcadores. De la misma forma, es posible identificar la escena mediante reconocimiento de imágenes o mediante la estimación de la posición. También es posible encontrar sistemas que realicen una combinación de ambas en función de la situación. Dentro de los tipos de sistemas más utilizados se puede encontrar los sistemas que registran rasgos naturales, los cuales funcionan de manera similar a los sistemas basados en marcadores, realizando el análisis de la imagen e identificando puntos en una secuencia de imágenes. Entre las aplicaciones que permiten este tipo de reconocimiento se destaca BazAR, compuesto por bibliotecas que permiten el cálculo de la orientación del punto de vista de la cámara a partir de la identificación de rasgos naturales.

Continuando con la descripción de las tareas fundamentales de la realidad aumentada el punto (3) referido a la mezcla de la realidad con el aumento, se dice que una vez descrito el proceso de identificación de escenarios, el siguiente asunto que tiene lugar en los sistemas de realidad aumentada es el sobreponer la información digital que se quiere ampliar sobre la escena real capturada, para esto se necesita las denominadas bibliotecas de aumento, las cuales constituyen el software adecuado para sobreponer a la imagen real la información aumentada deseada. Según la forma de rastreo, estas bibliotecas se clasifican en dos tipos: Las bibliotecas de seguimiento de marcadores fiduciales y las bibliotecas de seguimiento de gestos corporales. Para el reconocimiento de marcadores fiduciales existen diversas bibliotecas disponibles al público. Una de las bibliotecas más conocidas es ARToolKit, que puede considerarse como una biblioteca de realidad aumentada, la misma fue desarrollada por Hirokazu Kato del Instituto Nara de Ciencia y Tecnología en el año 1999. Dicha biblioteca permite la detección de unos marcadores específicos y realiza las tareas de superposición de imágenes. ARToolKit realiza el seguimiento de la cámara en tiempo real, asegurando que los objetos virtuales siempre aparezcan superpuestos sobre los marcadores de seguimiento. ARToolkit también tiene una serie de limitaciones que surgen en los sistemas basados en visión por computadora. De esta biblioteca se derivan diversas versiones que mantienen el mismo principio, entre las más relevantes se pueden mencionar a las siguientes: ARToolKitPlus, FLARToolKit, osgART como una combinación de ARToolKit y OpenSceneGraph, ARTag como alternativa a ARToolkit, además de NyARToolkit. Por otra parte, para el reconocimiento de gestos corporales, es posible encontrar bibliotecas como BazAR, la cual es una biblioteca de visión por computadora basada en la detección y correspondencia de rasgos naturales puntuales. BazAR está compuesto por dos módulos: (a) Garfeild, este módulo proporciona las herramientas para detectar puntos clave o rasgos puntuales, y establecer su correspondencia respecto de una serie de puntos almacenados y (b) Starter, que contiene las estructuras básicas y las herramientas matemáticas.

Finalmente en el punto (4), según Zhou y sus colegas, en el artículo publicado el año 2008 titulado “Tendencias en la realidad aumentada: Seguimiento, interacción y visualización”, la interacción con los sistemas de realidad aumentada especifica como los usuarios manipulan los contenidos virtuales de la realidad aumentada. Portalés, en la tesis doctoral publicada el año 2008 con el título “Entornos multimedia de realidad aumentada en el campo del arte”, define la interacción como una propiedad inherente de cualquier entorno interactivo multimedia que incluye actividades y respuestas físicas, sensoriales y mentales El usuario puede interactuar con un sistema realidad aumentada mediante los tipos e interfaces mencionados anteriormente, sin embargo aún no se han tenido en cuenta factores humanos y de comportamiento que determinan la forma más intuitiva de uso de una interfaz.

lunes, 13 de octubre de 2014

Primera parte Realidad aumentada

Hasta hace pocos años la opción de disponer de información digital añadida sobre cualquier objeto sin alterar su entorno era prácticamente imposible. López, en el proyecto fin de máster en sistemas inteligentes publicado el año 2010 con el título “Análisis y desarrollo de sistemas de realidad aumentada”, menciona que hacia la primera década del siglo veintiuno ya es posible ver casi cualquier tipo de información digital sobre el objeto que sea. Esto se debe a la realidad aumentada, una tecnología a disposición de cualquier persona que permite superponer sobre un escenario real cualquier tipo de contenido digital, sea de la índole que sea, visual, auditivo, etc. A pesar de que en el año 1966, Ivan Sutherland inventó el primer casco de visualización, descrito en el artículo titulado “Casco de visualización tridimensional”, no ha sido prácticamente hasta el siglo veintiuno cuando esta área de investigación ha empezado a coger fuerza y relevancia. Esto se debe a que los esfuerzos del siglo pasado estaban más centrados en la realidad virtual, que se diferencia de la realidad aumentada en que todo lo que el usuario observa es una simulación de la realidad. La especial relevancia que tiene la realidad aumentada no proviene de su naturaleza novedosa, ya que esta tecnología ya venía siendo utilizada en las cabinas de los aviones durante el siglo pasado. Lo que ha producido que haya aumentado su importancia ha sido su apertura a la vida cotidiana de las personas.

Según Azuma, en el artículo publicado el año 1997 titulado “Manual de realidad aumentada”, la realidad aumentada es un término que se asocia al resultado del uso de tecnologías que superponen imágenes generadas por computadora sobre ambientes físicos pertenecientes al mundo real, que el usuario puede percibir de manera natural. Billinghurst y sus colegas, en el artículo publicado el año 1999 con el título “Una aplicación de realidad mixta en tres dimensiones”, este proceso se lleva a cabo en tiempo real, permitiendo a los usuarios interactuar con contenidos digitales a través del manejo de objetos reales o bien, tener una experiencia meramente visual al complementar el mundo real mediante objetos virtuales en un entorno de realidad mixto, creando la sensación de que el ambiente ha sido aumentado. Azuma, en el artículo mencionado, explica que al igual que la realidad aumentada, la realidad virtual es capaz de dar la impresión al usuario de que se encuentra en un ambiente diferente al que está acostumbrado, sin embargo, en el caso de la realidad virtual, dicho entorno es cien por ciento sintético, es decir todos los objetos son virtuales. Mientras el usuario se encuentre en dicho ambiente, no es capaz de ver el mundo real sino sólo el entorno virtual que lo rodea, generalmente desde una perspectiva en primera persona. Si el usuario es proyectado en el ambiente desde una perspectiva en tercera persona, también será mostrado como un objeto virtual. Billinghurst y sus colegas, en el artículo citado, complementan mencionando que otra diferencia destacable es que la realidad virtual se auxilia de aditamentos generalmente de tipo visuales, tales como lentes, aunque también puede emplear otros medios para que la simulación parezca más real, ya sean audífonos, interfaces hápticos o inclusive trajes sensoriales, mientras que la realidad aumentada tiene la opción de utilizar o no dichos aditamentos. Además, cuando se realiza el proceso inverso al de la realidad aumentada, es decir, utilizar tecnologías para superponer imágenes del mundo real sobre entornos cien por ciento virtuales, se estará refiriendo a ello como virtualidad aumentada. Finalmente, una mezcla entre la realidad, la realidad aumentada, la realidad virtual y la virtualidad aumentada puede ser denominada realidad mixta.

En palabras de los investigadores Barfield y Caudell, expresadas en el libro publicado el año 2001 con el título “Fundamentos de informática usable y realidad aumentada”, la realidad aumentada es el término que se usa para definir una visión directa o indirecta de un entorno físico del mundo real, cuyos elementos se combinan con elementos virtuales para la creación de una realidad mixta a tiempo real. Esta es la principal diferencia con la realidad virtual, puesto que no sustituye la realidad física, sino que sobreimprime los datos informáticos al mundo real. Existen definiciones comúnmente utilizadas para definir a esta tecnología. La primera fue propuesta por Milgram y Kishino el año 1994, la cual es explicada por López en la tesis de maestría escrita el año 2009 titulada “Análisis y Desarrollo de sistemas de realidad aumentada”, en la cual la realidad aumentada es descrita como un continuo que abarca desde el entorno real a un entorno virtual puro. La realidad aumentada permite al usuario ver el mundo real con objetos virtuales superpuestos o mezclados con el mundo real. De esta manera, la realidad aumentada es un complemento de la realidad, en lugar de sustituirla completamente, y mantiene tres características esenciales: (1) Combina elementos reales y virtuales. (2) Es interactiva en tiempo real. (3) Está registrada en tres dimensiones.

lunes, 6 de octubre de 2014

Segunda Parte Agentes virtuales autonomos

Los agentes virtuales inteligentes constituyen un caso particular de los entornos virtuales inteligentes en tres dimensiones. En palabras de Huhns y Singh, en el artículo escrito el año 1998 titulado “Lecturas sobre agentes”, los agentes virtuales inteligentes consisten en agentes inteligentes que se desenvuelven al interior de un entorno virtual en tres dimensiones. A menudo son conocidos como “agentes virtuales autónomos”. Un agente inteligente se define como una entidad de software que, basándose en su propio conocimiento del entorno, realiza una serie de operaciones destinadas a realizar un objetivo ya sea por iniciativa propia o porque dada una situación se lo requiera. Los agentes inteligentes pueden considerarse como entidades individuales dentro de un programa, en el caso que se presenta un entorno virtual en tres dimensiones, que tienen control sobre los movimientos al interior del mismo. Pueden realizar procesos de manera continua que les ayudan a conocer qué y cómo hacer sus tareas. Además, pueden comunicarse con otros agentes dentro o fuera de su ambiente, lo que le ayuda a lograr de forma más eficiente su objetivo. Según Wooldridge y Jennings, en el artículo citado anteriormente, de acuerdo al punto de vista de la inteligencia artificial un agente inteligente debe tener las siguientes propiedades: Continuidad temporal, autonomía, sociabilidad, capacidad de reacción, pro-actividad, iniciativa propia, movilidad, veracidad, benevolencia y racionalidad. Algunas de dichas propiedades ya fueron comentadas en párrafos precedentes.

Según Aylett y Luck, en el artículo escrito el año 2000 titulado “aplicación de la inteligencia artificial a la realidad virtual: Ambientes virtuales inteligentes”, un agente virtual autónomo posee características propias de los entornos virtuales y de los agentes inteligentes: (1) Habitan dentro de un entorno de ejecución tridimensional simulado. (2) Poseen una representación gráfica tridimensional al interior del mundo que habitan, y son capaces de percibir, adaptarse y reaccionar a su entorno. (3) Son capaces de expresar su comportamiento de manera gráfica como lo haría un ser vivo. (4) Aunque solo existen y funcionan en un entorno específico, son conscientes de los cambios que se producen a su alrededor y son capaces de responder a ellos de manera autónoma. Resulta bastante común confundir el concepto de agente virtual autónomo con el de Avatar. Un Avatar es la representación gráfica de una persona o elemento que existe en la vida real, su comportamiento es explícitamente controlado por un usuario externo, mediante comandos de control; por lo tanto, no es autónomo. La incorporación de los agentes inteligentes dentro de un entorno virtual tridimensional es un campo extendido de investigación, como el análisis del comportamiento de los agentes inteligentes y su credibilidad en entornos virtuales, creación de agentes sintéticos, actores virtuales, humanos virtuales, entre otros.

Producto del análisis realizado por Luengo, en la tesis doctoral publicada el año 2005 titulada “Nuevas técnicas para la animación del comportamiento de agentes virtuales autónomos”, los agentes virtuales autónomos son entidades de software que representan actores virtuales inmersos en escenarios tridimensionales, los cuales tienen la capacidad de reaccionar al entorno que los rodea, simulando tener vida propia. Estas características los ha dotado de gran atractivo para las industrias cinematográficas y del video juego, no siendo los únicos beneficiarios de esta tecnología. También se los encuentra en aplicaciones tales como simuladores civiles de conducción, tutores inteligentes, simuladores para el estudio del comportamiento, entre otros; que están basados en los agentes virtuales autónomos. Pero son las simulaciones en tiempo real las que ofrecen el mayor reto a los actores virtuales, ya que la evolución en cuanto al aspecto gráfico ha superado los avances respecto a la animación del comportamiento. Esto se ha debido fundamentalmente a la falta de técnicas computacionales capaces de crear comportamientos complejos en entornos virtuales tridimensionales.

En palabras de Nedel, en el tutorial escrito el año 1998 titulado “Simulando humanos virtuales”, suele referirse a los agentes virtuales autónomos como criaturas o actores virtuales, de manera genérica o haciendo referencia a un animal o humanoide, o también como humanos virtuales, refiriéndose específicamente a personas, y omitiendo la característica de “autónomos” cuando queda implícito en el contexto en que aparecen, o cuando el agente virtual autónomo recibe alguna clase de ayuda externa para su animación, no siendo completamente autónomo. Claro está, en el desarrollo de los agentes virtuales autónomos el mayor reto es construir humanos virtuales autónomos inteligentes. Se hace hincapié en el término “inteligente”, ya que su conducta debe ir acorde al objeto a imitar; es decir, un humano virtual debe ser capaz de actuar libre y emocionalmente, ser consciente e impredecible, y ser coherente consigo mismo y su entorno. La creación de humanos virtuales autónomos que resulten creíbles en todos sus aspectos, es una tarea ardua que ha requerido, y requiere, la colaboración de varios dominios del conocimiento, y de diversidad de investigadores dedicando sus esfuerzos a problemas específicos asociados al modelado, animación, y comportamiento de los humanos virtuales autónomos; y aun así, hay una gran cantidad de trabajo por hacer.