Entorno virtual automático de cueva

Un entorno virtual automático tipo cueva (más conocido por el acrónimo recursivo CAVE ) es un entorno de realidad virtual inmersivo donde se proyectan imágenes en entre tres y seis paredes de un cubo del tamaño de una habitación. El nombre también hace referencia a la alegoría de la caverna en la República de Platón , en la que un filósofo reflexiona sobre la percepción, la realidad y la ilusión. CAVE se considera una de las primeras "salas" de realidad virtual. ^{[ 1 ]}

La CAVE fue inventada por Carolina Cruz-Neira , Daniel J. Sandin y Thomas A. DeFanti en el Laboratorio de Visualización Electrónica de la Universidad de Illinois en Chicago en 1992. ^{[ 2 ]} Las imágenes en las paredes eran estéreo para dar una indicación de profundidad. ^{[ 3 ]}

Una CAVE es típicamente una sala de vídeo ubicada dentro de una habitación más grande. Las paredes de una CAVE suelen estar formadas por pantallas de retroproyección , aunque las pantallas LED de gran formato son cada vez más comunes. El suelo puede ser una pantalla de proyección descendente, una pantalla de proyección inferior o una pantalla plana. Los sistemas de proyección son de muy alta resolución debido a la corta distancia de visualización, que requiere píxeles muy pequeños para mantener la ilusión de realidad. El usuario lleva gafas 3D dentro de la CAVE para ver gráficos 3D generados por la misma. Las personas que usan la CAVE pueden ver objetos que aparentemente flotan en el aire y pueden caminar a su alrededor, obteniendo una vista precisa de cómo se verían en la realidad. Esto fue posible inicialmente gracias a sensores electromagnéticos, pero se ha sustituido por cámaras infrarrojas . La estructura de las primeras CAVEs tenía que construirse con materiales no magnéticos, como la madera, para minimizar la interferencia con los sensores electromagnéticos; el cambio al seguimiento infrarrojo ha eliminado esa limitación. Los movimientos del usuario de la CAVE son rastreados por los sensores, generalmente conectados a las gafas 3D, y el vídeo se ajusta continuamente para mantener la perspectiva del espectador. Los ordenadores controlan tanto este aspecto de la CAVE como el audio. Normalmente, hay varios altavoces colocados en distintos ángulos dentro de la CAVE, que proporcionan sonido 3D para complementar el vídeo 3D .

Se crea una visualización realista mediante proyectores ubicados fuera de la CAVE y controlados por los movimientos físicos del usuario dentro de ella. Un sistema de captura de movimiento registra la posición del usuario en tiempo real. Unas gafas estereoscópicas LCD con obturador transmiten una imagen 3D . Los ordenadores generan rápidamente un par de imágenes, una para cada ojo del usuario, basándose en los datos de captura de movimiento. Las gafas están sincronizadas con los proyectores para que cada ojo vea únicamente la imagen correcta. Dado que los proyectores se encuentran fuera del cubo, a menudo se utilizan espejos para reducir la distancia entre los proyectores y las pantallas. Uno o más ordenadores controlan los proyectores. Los clústeres de ordenadores de sobremesa son habituales para gestionar las CAVE, ya que son más económicos y rápidos.

Existen programas y bibliotecas diseñados específicamente para aplicaciones CAVE. Hay varias técnicas para renderizar la escena. Actualmente se utilizan tres grafos de escena populares: OpenSG , OpenSceneGraph y OpenGL Performer . OpenSG y OpenSceneGraph son de código abierto; si bien OpenGL Performer es gratuito, su código fuente no está incluido.

Para crear una imagen nítida y sin distorsiones, es necesario calibrar las pantallas y los sensores. El proceso de calibración depende de la tecnología de captura de movimiento utilizada. Los sistemas ópticos o inerciales-acústicos solo requieren configurar el punto cero y los ejes del sistema de seguimiento. La calibración de sensores electromagnéticos (como los utilizados en la primera cueva) es más compleja. En este caso, una persona se coloca las gafas especiales necesarias para ver las imágenes en 3D. Los proyectores llenan la CAVE con numerosos recuadros de una pulgada, separados por un pie. A continuación, la persona toma un instrumento llamado "dispositivo de medición ultrasónica", que tiene un cursor en el centro, y lo posiciona de manera que el cursor quede alineado visualmente con el recuadro proyectado. Este proceso puede repetirse hasta medir casi 400 recuadros diferentes. Cada vez que el cursor se coloca dentro de un recuadro, un programa informático registra su ubicación y la envía a otro ordenador. Si los puntos están calibrados con precisión, no debería haber distorsión en las imágenes proyectadas en la CAVE. Esto también permite que la CAVE identifique correctamente la ubicación del usuario y pueda rastrear con precisión sus movimientos, lo que permite a los proyectores mostrar imágenes en función de la ubicación de la persona dentro de la CAVE. ^{[ 4 ]}

El concepto del CAVE original se ha reaplicado y actualmente se utiliza en diversos campos. Muchas universidades poseen sistemas CAVE. Los CAVE tienen múltiples usos. Muchas empresas de ingeniería utilizan CAVE para mejorar el desarrollo de productos. ^{[ 5 ] [ 6 ]} Se pueden crear y probar prototipos de piezas, desarrollar interfaces y simular diseños de fábrica, todo antes de invertir dinero en piezas físicas. Esto proporciona a los ingenieros una mejor idea de cómo se comportará una pieza en el producto en su totalidad. Los CAVE también se utilizan cada vez más en la planificación colaborativa en el sector de la construcción. ^{[ 7 ]} Los investigadores pueden utilizar el sistema CAVE para llevar a cabo su tema de investigación de una manera más accesible y eficaz. Por ejemplo, los CAVE se aplicaron en la investigación del entrenamiento de sujetos en el aterrizaje de un avión F-16. ^{[ 8 ]} En la Universidad de Brown , el novelista Robert Coover enseñó a estudiantes de literatura electrónica a crear obras literarias para el CAVE; Screen es una obra de realidad virtual surgida de esto. ^{[ 9 ]}

El equipo EVL de UIC lanzó CAVE2 en octubre de 2012. ^{[ 10 ]} Similar al CAVE original, es un entorno inmersivo 3D pero se basa en paneles LCD en lugar de proyección.

• Realidad virtual

• Carolina Cruz-Neira, Daniel J. Sandin y Thomas A. DeFanti. «Realidad virtual basada en proyección de pantalla envolvente: diseño e implementación de CAVE», SIGGRAPH '93: Actas de la 20.ª Conferencia Anual sobre Gráficos por Computadora y Técnicas Interactivas , págs.  135-142, doi:10.1145/166117.166134