Contorno sintético

GeoVR Design Cabinet

Un contorno sintético (CS), contorna sintética ou entorno sintético (ES) é unha simulación computacional que representa actividades cun alto nivel de realismo, desde simulacións militares a procesos fabrís e de manufactura. Estes contornos ou ambientes poden ser creados nunha única computadora ou nunha basta rede distribuída, conectada en modo local ou con redes de área estendida, sendo aumentada a simulación a través de efectos hiperrealistas especiais e modelos conductuais precisos. CS ou SE (polas súas siglas en inglés, Synthetic Environment) ou ES (polas siglas en castelán, Entorno Sintético), permite a visualización e a inmersión no ambiente simulado.

O contorno sintético ou ambiente simulado pode ser entendido como un Contorno Virtual, CV, EV ou VE polas súas siglas en inglés, Virtual Environment.

Divisións de ES

Un contorno sintético pódese dividir nos seguintes aspectos:

• Contorno sintético natural – Representación de clima, meteoroloxía, terreo, océanos, espazo, etcétera.
• Contorno sintético humano – Representación de estruturas humanas como edificios, pontes, e camiños.
• Contorno sintético psicolóxico – Representación de influencias psicolóxicas sobre individuos e/ou grupos baseados na demografía e outros factores culturais.

Tipos de experiencias en contornas sintéticas

Dentro do CS pódense crear diferentes tipos de experiencias, atendendo aos medios utilizados pódense diferenciar tres tipos de realidades dentro do EA:

• Realidade virtual ou RV: o usuario mergúllase por completo nunha realidade artificial illado da realidade, adoitan seren necesarios lentes e auriculares.
• Realidade aumentada ou RA: utiliza a contorna real xunto a elementos virtuais, utilízase en diversos campos, por exemplo na educación.
• Realidade mixta: utiliza a RV e a RA permitindo mergullar ao usuario tanto nun contexto virtual como real, experimentando variedade de situacións.

Contorno virtual

Un Contorno Virtual pódese definir como o espazo xerado por computador (usual ou idealmente en tempo real) no cal o usuario pode moverse e interactuar cos obxectos dixitais que o conforman, un contorno que se pode percorrer, modificar ou transformar segundo as accións do usuario.

Así, o CV resulta un modelo computacional simulado deseñado para promover a interacción co nivel cognoscitivo humano. Como contorno creada polo home, pode conter obxectos que representan entidades verdadeiras (reais) ou abstractas que teñen unha representación física simulada. Por definición, esta representación amplía o alcance limitado que achega, segundo as técnicas tradicionais, a visualización, xa que inclúe todos os sentidos humanos e non só a visión.

A creación de mapas cognoscitivos –representacións mentais da disposición da contorna– pode potenciarse mediante a representación de mapas, podendo entenderse o mapa como unha metáfora do coñecemento espacial da contorna. As contornas virtuais introducen unha metáfora sen interface, xa que eliminan a mediación entre a interacción e a representación espacial. Con este enfoque, o mapa virtual é a interface a través da cal se constrúe o coñecemento sen mediación indutora, senón a través da exploración da información.

Contexto

O CV é un concepto que evolucionou do termo realidade virtual, que foi introducido polos pioneiros Myron Krueger e Jaron Lanier. A idea fundamental que a orixinou foi introducida por Ivan Sutherland, nun artigo de 1965, "The Ultimate Display", no que tivo a visión da computadora como un "espello dun país das marabillas matemático", onde o comportamento dos obxectos non terían que seguir as propiedades físicas que se atopan na natureza. A experiencia coa última pantalla sería unha experiencia sensorial completa que inclúe a visión, o oído, o tacto, o olfacto e o gusto. En 1930 Aldous Huxley tamén anticipaba esta realidade nas interfaces audiovisuais de "Un feliz mundo novo" (Brave New World).

En contornos virtuais clásicos, os sistemas sensoriais e motores do usuario están conectados á computadora a través de sensores e efectores. Para xerar os estímulos sensoriais, utilízanse sistemas de simulación de propósito especial, que xa son capaces de reproducir imaxe e son en tempo real, tridimensional e emulación do comportamento real do elemento (force feedback), pero con limitacións para os outros sentidos. Estes efectores utilízanse xunto con seis graos de liberdade (x, e, z) e chiscada, cabeceo, abalo (yaw, pitch, roll), sensores de seguimento que, en conxunto, crean unha sensación subxectiva de presenza moi atractiva. Esta descrición constitúe o que xeralmente se chama contorna virtual inmersiva.

A perspectiva de inmersión demostrouse como inadecuada para a tecnoloxía de vangarda, e algúns problemas aínda persisten. Isto conduciu ao xurdimento da realidade aumentada. Nos sistemas de realidade aumentada, as contornas virtuais e reais combínanse para formaren unha contorna única que se mostra ao usuario. Polo xeral, consiste nunha pantalla transparente onde a información do mundo real (xeralmente obtida por cámaras de vídeo) e do mundo dixital (procedente dos sistemas computacionais) se superpoñen. A realidade aumentada aparece como un concepto oposto á realidade virtual, porque na realidade aumentada, o usuario non está dentro dunha realidade computacional simulada, senón que aumenta o mundo real con datos superpostos.

Coa evolución dunha Internet que permite aumentar o ancho de banda, o campo da contorna virtual sufriu unha redirección, e o enfoque volve ser a representación visual apoiada pola dispoñibilidade dunha gran cantidade de contido dunha moi alta calidade. Nos últimos anos, houbo outra revolución neste campo, con fondas implicacións na representación xeográfica: a aparición de representacións virtuais tridimensionais da superficie da terra, accesíbel a través de Internet (p. ex., Dixital Earth e Google Earth).

Conceptos xerais

As características fundamentais dos CV sonː

• A xeración de estímulos sensoriais en tempo real (p. Ex., Cunha resposta case inmediata ás accións do usuario)
• Tridimensionalidade das entradas xeradas para o usuario

Estas características inflúen nos requisitos computacionais en termos de hardware e software, concretamente no rendemento gráfico e as técnicas de software utilizadas para xestionar a interacción.

Rendemento gráfico

Para proporcionar un medio exploratorio, os resultados do movemento (ou accións) do usuario teñen que ser case inmediatos. O rendemento en tempo real alcánzase cando a escena gráfica se procesa a unha velocidade de polo menos 10 imaxes por segundo.

Os obxectos que poboan a contorna virtual descríbense nun espazo tridimensional (xeografía). Calquera obxecto tridimensional está formado por puntos e polígonos, con varias propiedades de comportamento e aparencia. Debido á variabilidade da complexidade das escenas virtuais, o rendemento gráfico xeralmente exprésase en polígonos renderizados por segundo.

Nivel de detalle

Ao ser limitado o número de polígonos que se poden representar en tempo real, existe unha técnica chamada de nivel de detalle (LOD - level of detail), que se usa para administrar a complexidade da escena dependendo da posición do observador. O obxectivo é maximizar a calidade da imaxe mentres se mantén a frecuencia de imaxes (frames) suficiente para realizar un percorrido inmersivo, sabendo que o tamaño do triángulo e a resolución da textura deberían variar inversamente coa distancia ao momento de vista.

Os algoritmos de LOD para a representación de grandes superficies de terreo a miúdo baséanse en representacións de árbore cuadrangular tanto para o terreo como para as texturas. Xeralmente, varias representacións diferentes son pre-calculadas, almacenadas no disco e cargadas segundo sexa necesario.

Refinamento sucesivo

Cando, debido á súa natureza, os obxectos non se poden pre-calcular, utilízase outra técnica chamada "refinamento sucesivo". Neste caso, cando o usuario está interactuando co obxecto, só se mostra unha representación aproximada, e o novo modelo calcúlase sobre a marcha. Cando o sistema está inactivo, os recursos do sistema úsanse para refinar a representación do obxecto. No caso das representacións de terreo, é común usar unha técnica matemática chamada descomposición wavelet para permitir actualizacións de multi-resolución.

SIG virtual

A idea dos SIG virtuais é a integración da funcionalidade GIS (consultas espaciais e análises) nunha contorna virtual. A capacidade inherente das contornas virtuais para producir mapas virtuais cognitivos convérteno nunha plataforma apropiada para a exploración espacial. Mallas regulares / xerárquicas ou redes triangulares irregulares (TIN) de datos altimétricos, obtidas de modelos dixitais de elevación, con texturas superpostas, usualmente derivadas de fotografías aéreas, imaxes satelitais ou capas GIS máis abstractas (uso do chan, ventos, vexetación, aspecto) constitúen o elemento máis fundamental de calquera contorna virtual.

Contornas virtuais colaborativas

O uso de contornas virtuais distribuídas para o traballo colaborativo asistido por computadora constitúe unha contorna virtual colaborativo. Hai un acceso multiusuario simultáneo e representación na contorna virtual compartido. Nesta contorna simulada en rede, dúas ou máis usuarios manipulan pantallas visuais e intercambian información a través de contido rico en multimedia. Esta evolución do concepto orixinal atopou unha base sólida nas Ciencias Ambientais e a planificación urbana, campos que normalmente son os principais usuarios de SIG.

Véxase tamén

• Alfabetización espacial
• Animación por ordenador
• CGI - Imaxes xeradas por ordenador
• Interacción
• Mapa interactivo
• Modelado
• Representación multiescala
• SIG tridimensional
• Simulación

Bibliografía

• Brooks, F. P., Jr. (1999). "What’s real about virtual reality?" (PDF) (en inglés) (19). Department of Computer Science University of North Carolina at Chapel Hill: 16–27. Consultado o 18 de marzo de 2018. 
• Coffet, P. (2003). "Virtual reality technology (2nd ed.)" (en inglés): 464. 
• L., N. (1995). "The virtual reality of GIS" (en inglés) (22): 257–268. 
• Unwin, P. (2002). "Virtual reality in geography" (en inglés). 
• Kalawsk, D. (1994). "The science of virtual reality and virtual environments: A technical, scientific, and engineering reference on virtual environments" (en inglés). 
• Shepherd, I. (1994). "Multi-sensory GIS: Mapping out the research frontier" (en inglés) (94): 356–390.