Historia de la realidad virtual: de los albores al siglo XX - 1era parte

​Underwood/Pei Yun's Process Journal

Algo está renaciendo en el mundo tecnológico, los videojuegos y la medicina. Esta vez contraataca la Realidad Virtual, una tecnología que pretende llevar la experiencia de juego y la investigación a otro nivel, con una inmersión casi absoluta, logrando hacer que nos olvidemos de nuestro entorno físico y nos sumerjamos en mundos digitales, poniéndonos en la piel de gigantescos robots, superhéroes, militares bien pertrechados, astronautas perdidos en planetas inhóspitos o pilotos profesionales de una forma nunca lograda hasta el momento.

Prometedor desde luego, pero, ¿realmente tiene futuro? ¿O como en muchas otras ocasiones la historia está condenada a repetirse?
 
Para poder comprender mejor el panorama que se avecina y el verdadero reto al que se enfrentan las compañías tecnológicas, nos remontaremos al nacimiento del concepto de realidad virtual y analizaremos en profundidad los motivos por los cuales nunca ha triunfado en este mundo digital que sin embargo tantas pasiones levanta, como fue evolucionando, la revolución de este último año y el espero, brillante futuro que se avecina para dicha tecnología, sin olvidar pasar aunque sea de puntillas por las múltiples aplicaciones a las que ha sido adaptada.
 
Realmente, por increíble que parezca, todo esto comenzó hace la friolera de 177 años, en 1840, con Sir Charles Wheatstone (1802-1875) el hombre cuyo invento asentó las bases de lo que hoy conocemos como realidad virtual:
 
A los 38 años, en 1840, este científico e inventor, miembro de la Royal Society,   inventó el estereoscopio, un aparato que creaba la ilusión de ver imágenes tridimensionales con un método simple pero eficaz.

​El estereoscopio de Wheatstone fue en principio recibido como un dispositivo de carácter científico, aunque sus usos potenciales fueron reducidos a los de la juguetería óptica hasta la llegada de la fotografía, donde pasará a ser el primer fenómeno visual de masas en la historia del entretenimiento. Múrice.es
 
Basado en el principio de la percepción de profundidad de nuestro cerebro, se recrean dos imágenes idénticas pero enfocadas desde distintos ángulos, al ser observadas a través de este aparato, nuestros ojos mandan la información “falsa” de que nos encontramos ante un escenario en tres dimensiones (algo, sin duda, surrealista para ser explicado fuera de círculos muy académicos o científicos en aquella época).
 
Dejando volar la imaginación
 
El siguiente paso significativo llegaría de manos de la aviación, la dificultad para el entrenamiento de los pilotos exigió ya desde muy temprano el diseño de simuladores donde poder entrenar de una forma segura, así el primero de estos dispositivos data ya de 1929, cuando se crea el primer Link Trainer o Blue Box de la mano del instructor de vuelo Ed Link, como también se le conoce, este aparato era un simulador de vuelo mecánico con el que se entrenaron desde entonces cientos de miles de pilotos durante la segunda guerra mundial.
 
Desde el principio de la aviación la realidad virtual y los simuladores han ido de la mano, siendo uno de los primeros usos prácticos donde se ha demostrado la aplicación de este concepto.

​Simulador de vuelo diseñado a principios de los años 30 por el instructor de vuelo Ed Link. 100anosdeaviacionencanarias.blogspot.com.es
 
El aparato en cuestión diseñado por Link tenía una combinación de instrumentos que hacían que la caja azul se balanceara hacia los lados, hacia el frente o atrás, para 1933 ya mostró su idea al Cuerpo Aéreo del ejército de los Estados Unidos que acepto su propuesta, para cuando llego la Segunda Guerra Mundial, ya se contaba con más de 10.000 unidades de este simulador, que durante ese tiempo había estado recibiendo constantes mejoras. Se le adicionaron un conjunto de nuevos fuelles que permitían que el simulador se moviera casi a la misma velocidad de reacción que un avión y se pudieran realizar ciertas maniobras avanzadas, como el picado o un giro cerrado. Al lado del simulador se encontraba el instructor, que guiaba y daba las órdenes al estudiante por medio de radio, en busca de lograr un mayor realismo. Este instructor contaba con los mismos instrumentos que tenía el estudiante en su cabina y de esa manera podía ayudarle en la lectura de los mismos y corregir sus errores o resaltar sus aciertos.
 
Para el final de la Segunda Guerra Mundial, las “cajas azules” se habían distribuido por miles en todo el mundo, incluso en Alemania y Japón, que habían comprado cientos de ellas antes de iniciarse la guerra. Tras la contienda, muchas de las compañías dedicadas a la construcción de aviones, fueron mostrando interés en este simulador como medio para probar mejoras en sus futuros modelos de una forma segura.

Youtube
 
Desde entonces los simuladores de vuelo para la instrucción de pilotos no han parado de evolucionar, aplicándose siempre la tecnología más puntera. Con la introducción de los ordenadores ya en 1972 comenzaron los grandes avances a nivel de visualización, la empresa Singer Corporation  desarrolló una lente policromada utilizando un espejo esférico que proyectaba las vistas del exterior de la cabina, este avance mejoró sustancialmente la sensación de vuelo, aunque al principio solamente ofrecían un campo de visión de 28 grados, en tan solo cuatro años, en 1976 se introdujeron las imágenes mejor enfocadas y hacia los años 80 las imágenes proyectadas de alta definición se convirtieron en el estándar en los simuladores de las aerolíneas comerciales.

Cabina del moderno de Simulador de aviación ATR 72-50 desarrollado por Indra, es el primero diseñado y fabricado íntegramente en este país que obtiene la calificación más alta de las autoridades europeas de aviación civil y españolas, actualmente el grado de realismo que se alcanza en estas máquinas roza la perfección. Indra
 
En el plano conceptual una vez más, la primera referencia de la que tenemos constancia sobre realidad virtual proviene de la ciencia ficción, del año 1935 cuando el autor Stanley G. Weinbaum escribe un relato breve denominado Las gafas de Pigmalión donde se describía un avanzado sistema de realidad virtual con grabaciones holográficas, incluyendo experiencias sensoriales como olor y tacto.
 
Aunque curiosamente el término Realidad Virtual es acuñado probablemente por primera vez por el célebre y atormentado poeta, actor y director de teatro, Antonin Artaud quien en 1938 lo define como:
“la realidad en la que los objetos y las imágenes asumen la fuerza fantasmagórica de los dramas internos de la alquimia. Esto es: la reinterpretación inducida de la información de un objeto o imagen, trascendiendo así la realidad consensual y creando una nueva en la que los limites se diluyen a ​

​Imagen holográfica que a modo de prensentación en el 8.º Congreso de la Innovación y Tecnología Educativa en el Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey. Thelmadatter
 
Desde el plano de la ciencia debemos mencionar el nacimiento de la holografía inventada en 1948 por el físico húngaro Dennis Gabor, como un paso fundamental en el desarrollo de las imágenes virtuales, si bien se perfeccionó años más tarde con el desarrollo del láser, pues los hologramas de Gabor eran muy primitivos.
 
En un principio Gabor sólo quería encontrar una manera para mejorar la resolución y definición de las imágenes del microscopio electrónico, en su investigación Gabor buscó la manera  de registrar la inclinación de los rayos de luz que llegaban a la película fotográfica, llamando a estas imágenes hologramas, del griego holos (completo), ya que los hologramas mostraban un objeto completamente y no sólo una perspectiva.
 
Con el paso de algunos años los primeros hologramas que realmente representaban un objeto tridimensional bien definido fueron creados por Emmett Leith y Juris Upatnieks en Estados Unidos en 1963, y por Yuri Denisyuk en la Unión Soviética. A día de hoy los avances en holografía abarcan un gran número de campos no solo en el campo de la imagen virtual propiamente dicha: tarjetas de crédito, billetes de banco, etiquetas de seguridad, pasaportes o documentos de identidad, así como la investigación en el campo del almacenamiento digital de datos con niveles de densidad altísimos mucho más allá de los alcanzados con los actuales discos duros u ópticos.

​Actualmente el número de dispositivos capaces de proyectar imágenes virtuales sobre escenarios reales es numeroso, desde pequeñas imágenes a algunos que pueden alcanzar más de 30 metros de alturas, aunque sus precios siguen siendo prohibitivos y todavía deben ser mejorados, sobre todo en espacios con mucha luz. Imagen holográfica proyectada con el dispositivo Flare 320. Afriten Technologies
 
A día de hoy existen ya múltiples dispositivos que  nos permiten visualizar imágenes virtuales en el mundo “real” sin necesidad de gafas, cascos u otros complementos, gracias principalmente al desarrollo de la tecnología laser, óptica e informática tales como Cheoptics 360 de las empresas viZoo y Ramboll, Heliodisplay de IO2 Technology, Mark III desarrollado por el MIT o Interactive 360º Light Field Display conjuntamente entre Sony, Fake Space Lab y la Universidad del Sur de California o Flare 320 de Afriten Technologies, aunque casi todos siguen actualmente un camino diferente al propósito de este artículo, destinándose sobre todo a la exposición en espacios públicos o abiertos.
 
Sensorama: más allá de la teoría
 
No fue hasta 1957 cuando se dio propiamente el siguiente paso en la dilatada trayectoria de este concepto, un adelantado en la tecnología multimedia llamado Morton Heilig (1926-1997) ideó “Sensorama”, una experiencia completa de inmersión que simulaba mediante imágenes 3D un paseo en motocicleta en el que el espectador podía sentir el viento en la cara, la vibración en el asiento e incluso el olor de la ciudad (imaginad por un momento el precio de la entrada hoy en día para ver una película de estas características, prohibitivo, seguro).

​Sensorama, imagen del prototipo original, si te gusta el coleccionismo y dispones de algo de calderilla suelta, lo tienes actualmente a la venta por la módica cantidad de 1,5 millones de dólares. i2.wp.com
 
Esta máquina, patentada finalmente en 1962, resulto cara y poco productiva. Dado el alto coste de la captura de las imágenes que se realizaba mediante tres cámaras de 35mm montadas en un camarógrafo, así que finalmente  Heilig no pudo crear su “cine del futuro”.
 
A continuación os dejamos un enlace donde el propio Morton Heilig es entrevistado junto a su invento.

Youtube
 
Poco después en 1961, Philco Corporation, empresa pionera en los comienzos de la radio y la televisión, que el año anterior en colaboración con la NASA había participado en el proyecto Mercury, construyendo estaciones de seguimiento espacial por todo el mundo entre otros desarrollos, creó un nuevo prototipo de dispositivo para realidad virtual llamado Headsight.
 
Se trataba de un casco que montaba dos pequeñas pantallas de tubo catódico (CRT) y tenía un control de posición de la cabeza utilizando una serie de sensores magnéticos. Considerado el primer HMD (Head Mounting Display) fue diseñado para controlar remotamente una cámara y observar el entorno de manera que, con los movimientos de la cabeza, esta se moviera, esto permitía una visión immersiva de manera remota que permitiera una visión segura en situaciones militares de riesgo (se me ocurren muchas utilidades para este dispositivo, pero está claro que entre los inversores de la época ninguna demasiado rentable, por lo que se vio).
 
Cuando Realidad Virtual conoció a Realidad Aumentada
 
Ivan E. Sutherland, en su ensayo de 1965 “The ultímate display” divulgaba la situación de los avances informáticos de la época y especulaba casi con precisión quirúrgica sobre su futuro. Alentando al lector a imaginarse un mundo en el que la pantalla mostrase aquello en cuya dirección dirigiéramos la mirada, dándose así la primera “definición” más aproximada de lo que hoy llamamos realidad virtual.

​La Espada de Damocles llamada de esta forma por su forma similar a la de una espada y por la forma como estaba colgando sobre la cabeza del usuario, con un brazo mecánico articulado y fijado al techo. cnet1.cbsistatic.com
 
Tres años después, Ivan Sutherland junto con su estudiante Bob Sproull, fabricaron el que se considera realmente el primer dispositivo de realidad virtual (VR HMD) llamado “La Espada de Damocles” por su característico sistema de anclaje.
 
Era tan pesado que el usuario no podía portarlo por si solo, así que se sostenía con un brazo mecánico colgado del techo del laboratorio. Compuesto por una unión inteligente de seis subsistemas (un multiplicador de matriz, un auricular, un generador de vectores, un ordenador de uso general, un sensor de posición de cabeza y un divisor de corte).
 
La máquina, dada la temprana época cuando fue concebida tan sólo reproducía polígonos y su capacidad gráfica era realmente muy limitada con los sistemas informáticos y electrónicos de aquella época, la técnica empleada era relativamente sencilla y el sistema mostraba una reproducción poligonal del espacio bastante pobre.

​El sistema de Ivan Sutherland  y Bob Sproull funcionaba con dos monitores separados, uno para cada ojo, que eran acompañados por un complejo sistema mecánico que permitía seguir los movimientos de la persona y desplazar también el contenido que era mostrado en los monitores. blog.espol.edu.ec
 
Aún así, llegado este punto la realidad virtual se redefinió como un mundo tridimensional generado por ordenador cuyo acceso era posible mediante el uso de dispositivos HDM y sensores de posición.
 
Este precursor del “casco” de realidad virtual no aislaba completamente de su entorno al usuario, dada su translucidez, la cual curiosamente hizo que en parte, la espada de Damocles también fuese considerada como instigadora de la realidad aumentada, pues permitía en un cierto grado fusionar el plano real y el artificial .
 
Avanzando: Simulación táctil e interactuación física
 
Tres años después en 1968 el profesor Frederick Phillips Brooks y un grupo de investigadores de la Universidad de Carolina del Norte consiguió realizar la primera adaptación de un dispositivo que permitía simular reacciones táctiles de fuerza, para ello emplearon un dispositivo robótico similar a los que se usan para la manipulación remota de materiales radiactivos y que ofrecía  una resistencia variable al movimiento y sensibilidad según era necesario. Desde entonces dispositivos similares a este se han continuado desarrollando hasta la actualidad para numerosas tareas de la realidad virtual.
 
Dos años más tarde en 1970 la compañía Fake Space Systems Inc creó BOOM (Binocular Omni Orientation Monitor) sin duda un nombre con mucho “gancho”, este dispositivo de pantalla estereoscópica acoplado a la cabeza, se encontraba alojado en una caja que contenía las pantallas, el sistema óptico y que a su vez estaba unida a un brazo de múltiples enlaces.

​El dispositivo BOOM (Binocular Omni Orientation Monitor) de la compañía Fake Space Systems Inc. umich.edu
 
El usuario sujetaba la caja a modo de prismáticos pudiendo ver a través de dos agujeros el mundo virtual y moverse por el dentro del área operacional del dispositivo, el modo de lograr el seguimiento de la cabeza se encontraba en los eslabones del brazo que sostenía la caja.
 
Llegado este momento podríamos decir que las gafas de realidad virtual ya estaban completamente concebidas en un plano teórico y práctico, el problema principal ahora residía en la ausencia de un desarrollo tecnológico lo suficientemente avanzado como para hacer todo aquello pudiera ser “diseñado” en un tamaño lo suficientemente pequeño, cómodo y con una calidad sensorial que permitiera un uso práctico en algún campo.
 
Las limitaciones en los tiempos de respuesta, potencia de cálculo del entorno tridimensional o gráficas eran un problema que sencillamente el paso del tiempo con el imparable avance en el campo de los ordenadores resolvería, impulsado en gran medida gracias al desarrollo de la carrera espacial y la industria aeronáutica tanto militar como civil, donde la necesidad del desarrollo de simuladores más potentes se hacía cada vez más necesaria, extendiéndose  a otros campos como el automovilístico, el médico o cualquier otro donde una simulación que requiriese una interactuación humana en tiempo real mostraba sus ventajas a la hora de ahorrar costes, probar diseños de una forma barata y segura o formar profesionales especializados minimizando costes y riesgos.
 
Mejorando la interacción virtual

​Sorcerer's Apprentice: Head-Mounted Display and Wand, era un sistema de computación gráfica interactiva donde se empleaba una pantalla montada en la cabeza y un dispositivo para la interacción en tres dimensiones que permite manipular dibujos formados por líneas que se muestran en tiempo real, la imagen proyectada en las gafas, daba la  ilusión de estar rodeado por objetos tridimensionales que se generaban a través del ordenador. realidadva.blogspot.com
 
Poco después de la mano de Donald Vickers vio la luz un sistema con gráficos de ordenador que permitía la interacción tridimensional con dibujos lineales que se mostraban a 20 fotogramas por segundo mediante una pantalla montada en la cabeza, lo cual ya le otorgaba una fluidez aceptable gráficamente hablando, mientras que una varita de mano era utilizada para “tocar”, mover, unir, cambiar de forma e incluso crear objetos en tres dimensiones, mostrándose inmóviles mientras el usuario se movía entre ellos.
 
La función principal de este Sorcerer’s Apprentice: Head-Mounted Display and Wand era lograr una comunicación entre el observador y la computadora, haciéndonos sentir como todo un Harry Potter setentero: por primera vez se podía interactuar y manipular elementos en un espacio virtual de manera efectiva, se había roto por fin el muro de la mera observación del entorno.
 
Si teníamos que interactuar con dicho entorno, estaba claro que no iba a bastar con una varita mágica, íbamos a necesitar una tecnología que pudiera transmitir al ordenador nuestra forma natural y básica de interactuar físicamente con el mundo: las manos.
 
Siguiendo esta lógica el primer guante sensitivo a la flexión: Sayre Glove llego poco después en 1977, creado por Richard Sayre y posteriormente mejorado por Dan Sandin y Thomas Defanti, este dispositivo portaba en cada dedo un tubo flexible de fibra óptica con un emisor de luz en un extremo y un receptor en el otro, dependiendo de la fuerza del haz que llegaba el receptor, se calculaba la flexión del dedo y era monitorizado.

​Imagen Izda: Guante de Bell Labs de AT&T, primer guante que reconocía las posiciones de la mano. Imagen Dcha: Sayre Glove (1977) primer guante sensitivo a la flexión.  realidadva.blogspot.com
 
A partir de este momento los guantes para mejorar la interacción continuaron su desarrollo, marcando la siguiente etapa el año 1983 con el  Guante de los laboratorios Bell Labs de AT&T del Dr. Gary Grimes en  Bell Labs de AT&T, con el primer guante que reconocía las posiciones de la mano con la intención de poder sustituir los teclados, para conseguir esto se desarrolló un sistema aún más complejo que en los anteriores donde el guante montaba tanto sensores de flexión en los dedos como sensores táctiles en las yemas así como sensores de orientación y posición en la muñeca.
 
Más o menos por esa época Thomas Zimmerman desarrolla un guante para introducir datos basados en sensores ópticos, aunque no será hasta 1987 cuando en colaboración con Jaron Lanier  fundan la empresa VPL Research, mejorando el guante y consiguiendo un gran éxito que les permitió vender este guante de datos a organismos como la NASA transformándose en el primer guante para la adquisición de información que se puso a la venta, siendo al poco tiempo absorbida la compañía por la multinacional Thompson donde se continuó su desarrollo.

​Guante para introducir datos basado en sensores ópticos de la empresa VPL Research fundada por Thomas Zimmerman y Jaron Lanier. Chilton-computing.org
 
Serían algo así como una versión primitiva de los guantes que aparecen en el film  Minority Report (2002) aunque poco se diferenciaban en el plano incluso estético la verdad, tras desarrollar VPL Research el primer modelo, alcanzar un mayor grado de perfección era solo cuestión de tiempo y avance tecnológico en otros campos.
 
 Aumentar nuestra capacidad de interactuación significaba que cada vez se iba a requerir una mayor precisión visual y campo de visión para movernos por ese entorno y ahí entra Eric Mayorga Howlett, quien en el año 1979 desarrolló LEEP un sistema óptico de perspectiva mejorada, estaba diseñado para ofrecer un amplio campo de visión con imágenes estereoscópicas, su diseño  constituyó la base de la mayoría de los dispositivos de realidad virtual de hoy en día.

Sistema de visión estereoscópica  mejorado LEEP, presentado por el propio  Eric Mayorga Howlett en 1979 y que representa ya el punto de madurez a nivel visual en la realidad virtual. Cnet.com
 
A lo largo de los siguientes años hubo numerosos avances, creaciones y mejoras, pero el final de la década de los 70 hasta mediados de los 80 fueron un punto decisivo. Hasta esa época todas las tecnologías que veían la luz, sufrían alguna carencia pero si juntásemos todos los elementos clave de cada una de ellas obtendríamos un sistema de realidad virtual con captura de movimiento de nuestros dedos, libertad de movimiento en ese mundo sintético, calidad visual, incluso simulación de olores y climatología, etc… lo que me lleva a pensar, lógicamente, que actualmente con todos los avances disponibles ni siquiera nos hemos acercado al potencial máximo de esta tecnología… pero no nos avancemos, hablaré de esto un poco más adelante.

​Imagen de portada: detalle procedente de una imagen estereográfica original datada en el año 1901 por la célebre compañía Underwood Publishers
 
Autor: Cristian Acosta (Pipatilas)

​Fuente: NeCLO - Ciencia y cultura al máximo

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