Realidade Virtual

virtual1Realidade Virtual, ou ambiente virtual, é uma tecnologia de interface avançada entre um usuário e um sistema computacional. O objetivo dessa tecnologia é recriar ao máximo a sensação de realidade para um indivíduo, levando-o a adotar essa interação como uma de suas realidades temporais. Para isso, essa interação é realizada em tempo real, com o uso de técnicas e de equipamentos computacionais que ajudem na ampliação do sentimento de presença do usuário. Além da compreensão da RV como simulação da realidade através da tecnologia, a RV também se estende a uma apreensão de um universo não real, um universo de ícones e símbolos, mas permeando em um processo de significação o espectador desse falso universo o fornece créditos de um universo real.

Em suma, uma realidade ficcional, contudo através de relações intelectuais, a compreendemos como sendo muito próxima do universo real que conhecemos. Hoje todos nós sabemos que a RV (Realidade Virtual ou Virtual Reality) é a tecnologia do futuro, mas qual é a correta definição da RV?. Antes é bom dar uma revisada na evolução das tecnologias para entender bem toda essa mudança na tecnologia de informação.

O mundo da informação vem progredindo de acordo com um número cada vez maior de dados que precisam ser transportadas cada vez mais rápido e a distâncias cada vez maiores entre os homens (visite e conheça as origens em:informatica).

Umas das primeiras revoluções na computação foi dada com a mudança de interface de usuário que era em ambiente texto para um ambiente gráfico onde diminuiu bastante o uso do teclado para muitas operações. Essa mudança trouxe a tona um novo periférico utilizado até hoje, o mouse.

Com a mudança de interface (muito embora tenha começado antes) e o aprimoramento do hardware houve um maior investimento em aplicações gráficas o que culminou na COMPUTAÇÃO GRÁFICA.

A computação gráfica foi evoluindo desde imagens estáticas com baixa resolução de pontos e cores ate os dias de hoje em animações 3D com alto realismo. Nesse momento o uso de simuladores cada vez mais sofisticados estão em direção a RV onde cada vez mais passam do NÃO IMERSSIVO para o IMERSSIVO, ou seja, o uso de dispositivos multi-sensoriais em varias partes do corpo onde o usuário quase que "veste" o computador.

A RV vai dar um grande salto em todas as áreas existentes hoje, da educação a medicina, da engenharia a técnica, da mídia ao marketing.

É bom salientar que os processos existentes hoje não são RV, no tocante por exemplo, aos projetos arquitetônicos virtuais atuais, é muito mais que isso. Na RV você poderá literalmente entrar num mundo virtual e interagir em tempo real com tudo e todos desse ambiente. Supondo que você bata com a mão virtual em um quadro, este cairá e quebrará bem ao seus pés como se isso estivesse ocorrendo de verdade. Diferente da técnica de Computação Gráfica que repete sempre a mesma seqüência de animações.

Italo Valerio

O Que São Ambientes Virtuais? (Stephen R. Ellis)


NASA Ames Research Center 


      Displays para Realidade Virtual são interativos, podendo ser os capacetes que dão a ilusão ao usuário de deslocamento para outros locais, adversos à sua atual posição. Diferentes termos têm sido aplicados à tal ilusão. Podemos encontrar "Realidade Artificial", "Realidade Virtual", "Ciberespaço", "Mundos Virtuais". As preferidas são "Realidade Virtual" e "Mundo Virtual", por serem linguisticamente conservativas, relacionando-se com termos mais aceitos, tais como "imagens virtuais". Neste contexto, define-se o ambiente virtual como interativos capazes de convencer os usuários de que estão imersos em um espaço sintético. Este artigo apresenta algumas tecnologias emergentes. 
 
 Ambientes virtuais como média 

Displays de ambientes virtuais provêm uma medida de comunicação homem-máquina. Em alguns casos, podem ser mais baratos, mais convenientes e mais eficientes que tecnologias atuais. De fato, tarefas de tele-operações que requerem controle de coordenadas e visualização de posição ficam mais adequadas de serem tratadas por ambientes virtuais. Ambientes virtuais oferecem técnicas de solução de problemas causados por atrasos de tempos ou por colocações de câmeras de forma desajeitada.  Considerado como medida de comunicação, ambientes virtuais têm grande potencial de aplicação - em educação, no processo de treinamento, programação de alto nível, teleoperação, exploração de superfícies planetárias, análise de exploração de dados, visualização científica, entretenimento. Os cientistas estão pesquisando as formas de aplicação de tais ambientes de maneira contínua, desenvolvendo projetos dotados de ambientes virtuais, como interfaces. 

Usuários e desenvolvedores: 

Cientistas, desenvolvedores e não-profissionais interessados na tecnologia de "ambientes virtuais" podem ser divididos em 2 grupos: - aqueles que usam a tecnologia para avançar em sua profissão em particular ou interesse, - aqueles que desenvolvem e aperfeiçoam a tecnologia em si. Alguns estão desenvolvendo a tecnologia para tarefas específicas. Também temos o interesse em tal tecnologia para conferências e "workshops" que devem envolver centenas de pessoas. Entretanto há entusiastas que afirmam que a realidade virtual é "um campo especial que não necessita especialistas, e qualquer um pode se tornar um". Nada mais falso. A comunidade envolvida com a pesquisa e com o desenvolvimento desta tecnologia tem um treinamento técnico e um conhecimento prévio grande. 
 
Como ambientes virtuais trabalham? 

O ambiente virtual ilusório é constituído pela operação de 3 tipos de hardware: (1) Sensores, tal como sensores de posição das mãos, para detectar movimentos do corpo do usuário; (2) Operadores, tais como os "displays" estereoscópios, para estimular os sentidos do usuário e (3) hardware especial que une os sensores e os operadores, para produzir tais experiências. Num ambiente virtual, um computador de união faz a associação entre tais elementos. Há possibilidade de uso de robôs, veículos, sistemas de controle, sensores e câmeras.A ecnologia do display trabalha para desenvolver em tempo real, interativa, simulação pessoal do conteúdo, geometria e dinâmica do ambiente. Há analogia destes propósitos com os de simulação de veículos. Mas, diferente de simulação de veículos, simulação de ambientes virtuais é tipicamente não interventiva (?). Os usuários são imersos diretamente num ambiente, muito mais que colocados num veículo simulado para ser um ambiente. 

O software para ambientes virtuais deve resolver 3 coisas: 
• o sombreamento e a cinemática dos atores e objetos; 
• as interações consigo mesmo e com o ambiente, obedecendo leis de movimento;
• a extensão e características do ambiente.

Um bom software de simulação deve prover adequada solução e interação destes 3 pontos. 
‘Figura 2 do artigo’ 


Base: valores para a percepção e controle motor baseados na literatura e na consulta a pesquisadores e desenvolvedores, baseados na prática de utilização de ambientes virtuais. Tais valores podem variar em condições específicas, por ex., quando o usuário usa visão em foco ou periférica.

Origens da tecnologia 

A tecnologia dos CAE, um dos primeiros displays usados para colocar sobre a cabeça, vem dos simuladores de vôo. O trabalho em simuladores de veículos pode ser encontrado em 1920 com Edwin Link. A tecnologia de teleoperação data de 1940, com sistemas desenvolvidos para este fim a partir de 1960. Por ex., tanto a Philco quanto o laboratório nacional de Argonne trabalharam em displays para teleoperação usando capacetes, baseados na tecnologia da televisão. Trabalho mais recente desenvolvido por Ivan Sutherland desenvolveu um simulador gráfico pioneiro e o primeiro display computadorizado usado para ambientes virtuais. 

Com o crescimento demasiado desta associação com computadores gráficos 3D, pesquisa de ambientes virtuais tem sido intensificada para simuladores de vôo, de forma a chegar em sistemas mais próximos de aeronaves. Temos ainda notado o interesse em telerobótica, visualização de dados científicos e simulação de redes em larga escala, tal como o SimNet e arte interativa. 

Nasa, em particular, tem muitas áreas de interesse e aplicações.  

Avaliação Comercial 

Ambientes virtuais têm sido avaliados há muito para simuladores de vôo, mas a acomodação da performance requerida para tais fins tem custado milhões de dólares. Muitos sistemas de ambientes virtuais de alta resolução têm sido avaliados comercialmente. Isto inclui o Fakespace BOOM e n-Vision Datavisior, e alguns displays que custam centenas de dólares da Sony e da Sega. De fato, capacetes para realidade virtual não podem trabalhar com a mesma frequência de displays usados para linhas, tal como displays sugeridos para simuladores de vôo em cockpits. 

Muitos sistemas usando tecnologia mais barata têm falhado para passar através do estágio da demonstração conceitual par o estágio de trabalho utilizável. O elemento chave freqüentemente omitido pelos pesquisadores nas áreas de aplicação é a rigorosa comparação entre a performance de capacetes para realidade virtual e os substitutos montados na forma de painéis. Tais montagens em painéis são mais baratas, mais públicas que capacetes.

Problemas e soluções 

Por que não temos ambientes virtuais ou teleoperação relatada geradas como produtos comerciais nos últimos 30 anos? A resposta provável consiste no custo e aspectos relevantes de performance para interfaces humanas. A solução técnica para muitas dificuldades em produzir uma simulação realística é muito cara, muitos grupos de pesquisadores não têm suficientes recursos e subsídios. Há ainda limitações dos equipamentos, que podem ser desgastantes do ponto de vista físico. A experiência com simuladores de vôo mostra que um ambiente simples de aplicativo requer grande conhecimento de engenharia. Avanços na tecnologia de displays deve prover soluções para o problema de resolução. 

Procurado: um VisualC virtual 

Tecnologia apresenta força no tratamento de especificidades e não para generalidades. Isto é especialmente verdadeiro no caso de ambientes virtuais. Por ex., simulador de vôo não são muito usuais porque aplicam-se a aparelhos específicos. Conceber tal simulador requereu estudos específicos, da mesma forma poderíamos ter soluções para ambientes virtuais, que requereria níveis equivalentes de esforço. O autor considera que um visual c para ambientes virtuais viria solucionar o problema genérico de centenas de pesquisadores que têm problemas comuns nesta área. Tal consideração levaria a custos e tempos menores para desenvolvimento e aumentaria o leque de pesquisadores.

Virtual Reality ( Carl Machover e Steve E. Tice )

"Realidade Virtual é a tecnologia que facilita a operação de sistemas complexos. Traduzir informações em conhecimento é o propósito da realidade virtual." 
  
 O que é Realidade Virtual?  

Enquanto os termos Ciberespaço e  RealidadeVirtual têm sido usados por anos, a indústria de realidade virtual está na infância ( Evans e Sutherland demonstrou o primeiro capacete stereo em 1965). O termo Realidade Virtual é creditado à Jaron Lanier, fundador da pesquisa VPL. 

Poucas tecnologias, em anos recentes, têm agitado tanto a comunidade científica, em termos de discussão. Pode se esperar uma reação geral porque a Realidade Virtual mexe com sensos humanos. Clama-se por um passo além da Realidade Virtual, porque ela faz com a que a tecnologia interaja com o ser humano, ao invés do ser humano interagir com a tecnologia. Envolvendo-se com o projeto de interfaces com o usuário, simulação visual e de vôo, VR é única do ponto de vista de ênfase no usuário - na sua participação, bem dito. VR foca a atenção do usuário na experiência. 

A qualidade da experiência é crucial. Para estimular criatividade e produtividade, a experiência virtual deve ser crível. A realidade deve reagir apropriadamente com os fatores físicos e perceptivos dos participantes humanos, de formas apropriadas, em conformidade com representações cognitivas do micromundo em que eles se encontram imersos. A experiência não necessita ser realista, mas, deve ser consistente. 
 
Realidade Virtual hoje

Os produtos de VR parecem ser uma solução em busca de problemas. Assim como produtos de CG, os custos iniciais costumam ser proibitivos. Um ambiente de VR completo costuma ser estimado em 50mil dólares - até 100 mil. Há sugestões de uso em Computador Pessoal que costumam ser avaliadas em apenas 500 dólares. 

Uma limitação séria da tecnologia dá-se com o número de apologias. Como uma VR encontrada em 92m a atitude geral foi " Se as cenas não forem boas, nós não necessitamos de grandes cenas para arquivar nossos objetos. Eles não devem estar em tempo real e não necessitam ser terrivelmente realistícos." Vemos como uma forte analogia com sistemas de CG em tempos iniciais, quando ainda se usavam monitores monocromáticos. Racionalizava-se que não era necessário monitor colorido ou dinâmico. Nós esperamos que a comunidade de RV reaja com a mesma conclusão dos progressos tecnológicos. 

Muitas pesquisas em vários elementos para RV precisam ser desenvolvidas... Necessitamos encontrar uma forma confortável de interação do usuário com ambientes de Realidade Virtual, de maneira que o mesmo guarde muitas informações e possa controlar bem. Bola’s sugere que para acomodar muitos usuários, deveria se desenvolver um monitor estereoscópico. Mas, os preços tendem a cair e a atrair mais e mais usuários. 
 
 Discussões e Progressos: 


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Atualmente, nós como desenvolvedores, críticos somos distraídos por mensurar a fidelidade de várias tecnologias usadas em sistemas VR. Esta preocupação, atrapalha nosso enfoque principal em artigos reais que efetivam a implementação em VR. A análise do problema e o projeto de sistemas. A análise de problemas e o projeto de sistemas, em alguns casos, reengenharia, apontam que aplicações em VR podem fazer interfaces com humanos através de suas orelhas. Esta mentira é de grande benefício para o usuário. Assim, novas tecnologias , novas lógicas e novas arquiteturas funcionais têm sido desenvolvida para satisfazer os requisitos de uso por seres humanos. 

Assim como a computação gráfica, que é usada como um componente de VR, avança, a VR avança ainda mais, apresentando grandes ganhos.

A arquitetura de sistemas de jogos e de componentes de rede tem sido usadas para VR. Para produzir uma experiência para uma aplicação específica, o sistema de um jogo deve suportar uma grande faixa de experiências possíveis do usuário e ainda manter requisitos mínimos ditados pelos usuários.

Introdução

O que passa na sua cabeça quando você escuta a palavra realidade virtual (RV)? Consegue imaginar alguém usando um capacete desajeitado preso a um computador por um cabo grosso? As visões de pterodáctilos criados grosseiramente o perseguem? Você pensa em Neo e Morpheus perambulando por Matrix? Ou você treme só de pensar, esperando apenas que vão embora?

Foto cedida por Dave Pape
Um display CAVE de realidade virtual projetando imagens no chão, nas paredes e no teto para proporcionar total imersão

Se isso se aplica a você, provavelmente você é um cientista da computação ou um engenheiro, sendo que muitos evitam a expressão realidade virtual mesmo enquanto estão trabalhando em tecnologias que a maioria de nós associa à RV. Hoje, é mais comum você ouvir ambiente virtual (AV) referindo-se ao que o público conhece como realidade virtual. Nesse artigo, usaremos os termos alternadamente.

O que existe em um nome?

Realidade virtual já teve muitos outros nomes além de ambientes virtuais. Outros termos para realidade virtual incluem ciberespaço (palavra inventada pelo autor de ficção científica William Gibson), realidade artificial, realidade aumentada e telepresença.

Discrepâncias à parte, o conceito permanece o mesmo - usar a tecnologia de um computador para criar um mundo tridimensional simulado que um usuário pode manipular e explorar enquando tem a impressão de que está nele. Cientistas, teóricos e engenheiros criaram dezenas de dispositivos e aplicativos para chegar a essa meta. As opiniões diferem sobre o que exatamente constitui uma verdadeira experiência de RV, mas, geralmente, ela deveria incluir:

• imagens tridimensionais que parecem ser de tamanho natural a partir da perspectiva do usuário
• capacidade de acompanhar os movimentos do usuário, particularmente de sua cabeça e olhos, e ajustar as imagens no display do usuário para refletir a mudança correta

Nesse artigo, veremos as características de definição da RV, algumas tecnologias usadas nos sistemas de RV, alguns de seus aplicativos, algumas preocupações sobre a realidade virtual e um breve histórico da disciplina. Na próxima seção, veremos como os especialistas definem os ambientes virtuais, começando com a imersão.

Imersão da realidade virtual

Em um ambiente de realidade virtual, o usuário sente a imersão, ou tem a sensação de estar dentro e fazer parte daquele mundo. Ele também é capaz de interagir com seu ambiente de várias maneiras significativas. A combinação da sensação de imersão e interatividade é chamada de telepresença. O cientista da computação Jonathan Steuer definiu-a como "o alcance ao que a pessoa sente presente no ambiente indireto, em vez do ambiente físico imediato." Em outras palavras, uma experiência de RV eficaz faz você esquecer seu ambiente real e concentrar-se na sua existência dentro do ambiente virtual.

Jonathan Steuer propôs dois componentes principais de imersão: profundidade das informações e extensão das informações. A profundidade das informações refere-se à quantidade e qualidade dos dados nos sinais que o usuário recebe ao interagir em um ambiente virtual. Para o usuário, isso poderia estar relacionado à resolução do display, à complexidade dos gráficos do ambiente, à sofisticação da saída de áudio do sistema etc. Steuer define a extensão das informações como a "quantidade de dimensões sensitivas apresentadas simultaneamente." A experiência de um ambiente virtual possui uma grande extensão de informações se todos os seus sentidos forem estimulados. A maioria das experiências do ambiente virtual dá prioridade para os componentes de vídeo e áudio em relação a outros fatores que estimulam as sensações, mas cada vez mais cientistas e engenheiros estão procurando maneiras de incorporar a sensação de toque do usuário. Os sistemas que proporcionam ao usuário interação de toque e retorno forçado são chamados de sistemas de toque.

Para a imersão ser eficaz, o usuário deve ser capaz de explorar o que parece ser um ambiente virtual de tamanho natural, além de mudar as perspectivas continuamente.  Se o ambiente virtual consiste de um simples pedestal no meio de uma sala, o usuário deve conseguir vê-lo de qualquer ângulo e o ponto de vista deve mudar de acordo com o lugar de onde o usuário está olhando.  O dr. Frederick Brooks, um precursor da tecnologia e teoria da RV, afirma que os displays devem projetar uma taxa de quadros de pelo menos 20 - 30 quadros por segundo para criar uma experiência convincente ao usuário.

O ambiente da realidade virtual

Outra saída sensitiva do sistema de AV deveria ajustar-se em tempo real à medida que o usuário explora o ambiente. Se o ambiente incorpora som tridimensional, o usuário deve estar convencido de que a orientação do som muda naturalmente conforme ele se mexe no ambiente. A estimulação sensitiva deve ser consistente se o usuário se sentir imerso em um AV. Se o AV exibir um cenário totalmente imóvel, não espere sentir ventanias. Do mesmo modo, se o AV o coloca em meio a um furacão, não espere sentir uma brisa suave, nem o perfume das rosas.

Objetos virtuais reais

O toque passivo foi uma maneira que os desenvolvedores de AV encontraram de melhorar a interatividade. Os toques passivos são objetos reais em um espaço físico que são projetados para objetos virtuais em um espaço virtual. Os usuários utilizam um HMD ou qualquer display portátil semelhante enquanto estão no espaço físico. Quando olham em direção ao objeto físico, vêem sua representação virtual no display. Quando se aproximam do objeto e tentam tocá-lo, encontram o objeto real no espaço físico. Tudo que um usuário faz com esse objeto no espaço real aparece como uma ação refletida sobre o objeto virtual no espaço virtual.

O tempo de retardo entre a ação do usuário e a reflexão do ambiente virtual é chamado de latência. A latência geralmente refere-se ao retardo entre o tempo que um usuário gira a cabeça ou mexe os olhos e a mudança do ponto de vista, embora o termo também possa ser usado para um retardo em outras saídas sensitivas. Estudos com simuladores de vôo mostram que as pessoas conseguem detectar uma latência de mais de 50 milisegundos. Quando um usuário detecta a latência, ela o faz ter consciência de estar em um ambiente artificial e destrói a sensação de imersão.

Nadando

Nadar nos sistemas de RV não se refere a pular em uma piscina - ele descreve o efeito da latência dentro de um ambiente virtual. Se observasse um AV e percebesse que a mudança do ponto de vista não foi instantânea, você se sentiria nadando. O efeito é incômodo e pode fazê-lo sentir uma náusea ligada a movimentos, chamada simsickness ou ciberdoença nos círculos de RV.

Uma experiência de imersão é prejudicada se o usuário se dá conta do mundo real ao seu redor. As experiências realmente imersivas fazem o usuário esquecer seu verdadeiro ambiente, fazendo com que o computador realmente não se torne uma entidade. Para atingir a meta da verdadeira imersão, os desenvolvedores têm que criar métodos de entrada que sejam mais naturais para os usuários. Já que o usuário está ciente do dispositivo de interação, então, ele não está de fato imerso.

Interatividade da realidade virtual

A imersão dentro de um ambiente virtual é uma coisa, mas para um usuário se sentir realmente envolvido, deve haver também um elemento de interação. Os primeiros aplicativos que usavam a tecnologia comum nos sistemas de AV de hoje permitiam que o usuário tivesse uma experiência relativamente passiva. Os usuários podiam assistir a um filme pré-gravado enquanto usavam um HMD (head-mounted display). Sentavam em uma cadeira móvel e viam o filme à medida que o sistema os submetia a vários estímulos, como um sopro do ar para simular vento. Enquanto os usuários tinham a sensação de imersão, a interatividade estava limitada a mudar seu ponto de vista olhando ao redor. Seu trajeto era predetermiando e inalterado.

Hoje, você pode encontrar montanhas-russa virtuais que utilizam o mesmo tipo de tecnologia. O DisneyQuest, em Orlando, Flórida, possui o CyberSpace Mountain, em que os visitantes podem desenhar sua própria montanha-russa e entrar em um simulador para pilotar sua criação virtual. O sistema é bastante imersivo, mas não considerando a fase inicial do projeto, não há qualquer tipo de interação, por isso, ele não é exemplo de um verdadeiro ambiente virtual.

A interatividade depende de muitos fatores. Steuer sugere que três desses fatores sejam velocidade, variedade e mapeamento. Steuer define velocidade como o índice com que as ações de um usuário são incorporadas no modelo de computador e refletidas de maneira que o usuário possa perceber. A variedade refere-se à forma como muitas conseqüências possíveis poderiam resultar de qualquer ação específica do usuário. Mapeamento é a capacidade do sistema de produzir resultados naturais em resposta às ações de um usuário.

A navegação dentro de um ambiente virtual é um tipo de interatividade. Se um usuário pode direcionar seu próprio movimento no ambiente, isto pode ser chamado de experiência interativa. A maioria dos ambientes virtuais inclui outras formas de interação, já que os usuários podem se cansar com muita facilidade após alguns minutos de exploração. A cientista da computação Mary Whitton aponta que uma interação de baixa qualidade pode diminuir drasticamente a sensação de imersão, embora novas maneiras de atrair usuários possam aumentá-la. Quando um ambiente virtual está interessante e atraente, os usuários tendem a esquecer suas descrenças e a permanecer absorvidos.

A verdadeira interatividade também inclui ser capaz de modificar o ambiente. Um bom ambiente virtual responderá às ações do usuário de modo que faça sentido, mesmo que somente dentro do campo do ambiente virtual. Se um ambiente virtual mudar de maneira estranha e imprevisível, corre o risco de quebrar a sensação de telepresença do usuário.

Imersão X interação

Os desenvolvedores descobriram que os usuários têm uma sensação mais forte de telepresença quando a interação é fácil e interessante, mesmo que o AV não seja fotorrealista, ao passo que ambientes muito realistas, que necessitam de oportunidades de interação, fazem com que os usuários percam o interesse com rapidez.

Fones de ouvido da realidade virtual

Atualmente, a maioria dos sistemas de AV funciona em computadores normais. Os PCs são sofisticados o suficiente para desenvolver e executar o software necessário para criar ambientes virtuais. Os gráficos geralmente são feitos com poderosas placas de vídeo originalmente criadas pensando-se na comunidade dos videogames. A mesma placa de vídeo que permite que você jogue World of Warcraft provavelmente está fazendo os gráficos para um ambiente virtual avançado. 

Os sistemas de AV precisam de um jeito para exibir as imagens ao usuário. Muitos sistemas utilizam HMDs, que são fones de ouvido que contêm dois monitores, um para cada olho. As imagens criam um efeito estereoscópico, dando a ilusão de profundidade.  Os primeiros HMDs usavam monitores CRT, que eram volumosos, mas ofereciam qualidade e uma boa resolução, ou monitores LCD, que eram mais baratos, mas incapazes de competir com a qualidade dos monitores CRT. Atualmente, os monitores LCD são muito mais avançados, com resolução melhor e saturação de cores, além de terem se tornado mais comuns do que os CRT

Outros sistemas de AV projetam imagens na parede, no chão e no teto e são chamados de CAVE (Cave Automatic Virtual Environments). A Universidade de Illinois - Chicago criou o primeiro display CAVE, usando uma técnica de projeção traseira para exibir imagens nas paredes, no chão e no teto de um ambiente pequeno. Os usuários podem deslocar-se em um display CAVE, usando óculos especiais para completar a ilusão de movimento através de um ambiente virtual. Os displays CAVE proporcionam aos usuários um campo de visão muito maior, que ajuda na imersão. Eles também permitem que um grupo de pessoas compartilhe a experiência ao mesmo tempo (embora o display acompanhe o ponto de vista de apenas um usuário, o que significa que os demais na sala são observadores passivos). Os displays CAVE são muito caros e requerem mais espaço do que outros sistemas.

Estritamente relacionados à tecnologia do display estão os sistemas de rastreamento. Os sistemas de rastreamento analisam a orientação do ponto de vista de um usuário, para que o sistema de computador envie as imagens certas para o display visual. A maioria dos sistemas requer que o usuário seja preso com cabos a uma unidade de processamento, limitando seus movimentos. O desenvolvimento da tecnologia de rastreamento tende a ficar atrás de outras tecnologias da RV, pois o mercado para tal tecnologia está focado principalmente na RV. Sem as exigências de outras disciplinas ou aplicativos, não há muito interesse em se desenvolver novas formas de rastrear os movimentos e o ponto de vista do usuário. 

Os dispositivos de entrada também são importantes nos sistemas de RV. Atualmente, os dispositivos de entrada variam de controladores com dois ou três botões a luvas eletrônicas e software de reconhecimento de voz. Não existe um sistema de controle padrão na disciplina. Os cientistas e engenheiros de RV estão continuamente explorando formas de tornar a entrada do usuário o mais natural possível para aumentar o senso de telepresença. Algumas das formas mais comuns de dispositivos de entrada são:

• joysticks
• force balls/tracking balls
• controladores
• luvas de dados
• reconhecimento de voz
• rastreadores/roupas de movimento
• esteiras

Jogos de realidade virtual

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Os cientistas também estão explorando a possibilidade de desenvolver biosensores para uso da RV. Um biosensor pode detectar e interpretar a atividade dos músculos e nervos. Com um biosensor ajustado corretamente, um computador pode interpretar os movimentos do usuário no espaço físico e transformá-los nos movimentos correspondentes no espaço virtual. Os biosensores podem ser presos diretamente na pele (em inglês) de um usuário, ou podem ser incorporados em luvas ou roupas. Uma limitação do biosensor é que ele deve ser feito sob medida para cada usuário; do contrário, não ficará alinhado corretamente no corpo da pessoa.

Mary Whitton, da "UNC-Chapel Hill", acredita que a indústria de entretenimento conduzirá o desenvolvimento da maior parte da tecnologia da RV.  A indústria de videogames, em particular, tem contribuído com melhorias dos recursos sonoros e gráficos que os engenheiros podem incorporar nos projetos dos sistemas de realidade virtual. Um avanço que Whitton considera particularmente interessante é o controlador do Nintendo Wii. O controlador não é apenas um dispositivo disponível comercialmente com alguns recursos de rastreamento; ele também atrai pessoas que normalmente não jogam video game. Uma vez que os dispositivos de entrada e rastreamento são duas áreas que tradicionalmente ficaram por trás de outras tecnologias da RV, esse controlador poderia ser o primeiro da nova onda de avanços tecnológicos úteis aos sistemas de RV.

Realidade virtual na web

Alguns programadores imaginam o desenvolvimento da Internet em um espaço virtual tridimensional, em que você navega através de cenários virtuais para acessar informações e entretenimento. Os websites poderiam ter a forma de um local tridimensional, permitindo que os usuários explorassem de uma maneira muito mais literal do que antes. Os programadores desenvolveram várias linguagens diferentes de computador e navegadores web para chegarem a essa visão. Entre elas estão:

• VRML (Virtual Reality Modeling Language) - a primeira linguagem de criação tridimensional para a web;
• 3DML - uma linguagem de criação tridimensional em que o usuário pode visitar um local (ou um web site) através da maioria dos navegadores web após instalar um plug-in;
• X3D - a linguagem que substituiu a VRML como padrão para criar ambientes virtuais na Internet;
• COLLADA (Collaborative Design Activity) - um formato usado para permitir que o arquivo seja alternado dentro de programas tridimensionais.

Evidentemente, muitos especialistas em AV concordariam que, sem um HMD, os sistemas com base na Internet não seriam ambientes virtuais verdadeiros.  Eles precisam de elementos críticos de imersão, particularmente de rastreamento e exibição de imagens no tamanho natural.

Aplicativos da realidade virtual

No início da década de 90, a exposição do público à realidade virtual raramente ia além de uma demonstração relativamente primitiva de algumas imagens em bloco sendo gravadas ao redor de um tabuleiro de xadrez por um pterodáctilo bruto. Embora a indústria de entretenimento ainda esteja interessada nos aplicativos da realidade virtual em jogos e cinema, os usos realmente interessantes dos sistemas de RV estão em outros campos.

Alguns arquitetos criam modelos virtuais de seus projetos de construção, para que as pessoas possam andar pela estrutura antes mesmo de ser feita a fundação. Os clientes podem circular pelo interior e exterior, além de fazer perguntas, ou mesmo sugerir alterações ao projeto. Os modelos virtuais podem lhe dar uma idéia muito mais precisa de como é se sentir andando pela construção do que o modelo em miniatura.

As empresas de carro usaram a tecnologia da RV para construir protótipos virtuais de novos veículos, testando-os por completo antes de produzir uma única peça. Os projetistas podem fazer alterações sem ter que descartar o modelo inteiro, como geralmente fariam com modelos físicos. Como conseqüência, o processo de desenvolvimento torna-se mais eficiente e barato.

Os ambientes virtuais são usados em programas de treinamento do exército, do programa espacial e até mesmo de estudantes de medicina. O exército tem defendido a tecnologia e o desenvolvimento da RV. Os programas de treinamento podem incluir qualquer coisa, desde simulações de veículos a combates de policiais. Em conjunto, os sistemas de RV são muito mais seguros e, a longo prazo, mais baratos do que os métodos de treinamento alternativos. Os soldados que fizeram treinamento extensivo de RV provaram ser tão eficientes quanto os que treinaram em condições tradicionais.

Na medicina, a equipe pode usar ambientes virtuais para fazer qualquer tipo de treinamento, de procedimentos cirúrgicos a diagnósticos de pacientes. Cirurgiões têm usado a tecnologia da realidade virtual não apenas para treinar e ensinar, mas também para realizar cirurgias remotamente com o uso de dispositivos robóticos. A primeira cirurgia robótica foi realizada em 1998 em um hospital em Paris. O maior desafio ao usar a tecnologia da RV para fazer uma cirurgia robótica é a latência, já que qualquer atraso em um procedimento delicado pode parecer anormal para o cirurgião. Tais sistemas também precisam fornecer ao cirurgião retorno sensorial bem regulado.

Outra aplicação médica da tecnologia da RV é a terapia psicológica. A dra. Barbara Rothbaum, da Emory University, e o dr. Larry Hodges, da Georgia Tech University, foram os precursores do uso de ambientes virtuais no tratamento de pessoas com fobias e outras condições psicológicas. Eles utilizam ambientes virtuais como uma forma de terapia de exposição, em que o paciente é exposto - sob condições controladas - a estímulos que o afligem. A aplicação possui duas grandes vantagens sobre a terapia de exposição real: é muito mais prático e os pacientes estão mais dispostos a experimentar a terapia, pois sabem que aquele não é o mundo real. Sua pesquisa levou à criação da empresa Virtually Better, que comercializa sistemas de terapia de RV para médicos em 14 países.

A coisa certa

Os simuladores de vôo são um bom exemplo de um sistema AV eficaz dentro de limites rigorosos. Em um bom simulador de vôo, o usuário pode fazer o mesmo caminho da aeronave sob uma grande variedade de condições. Os usuários podem saber como é voar em meio a tempestades, fortes neblinas e ventos calmos. Simuladores de vôo realistas são ferramentas de treinamento eficazes e seguras, e embora um simulador sofisticado possa custar dezenas de milhares de dólares, são mais baratos do que uma aeronave de verdade (além de ser difícil estragar em caso de acidente). A limitação dos simuladores de vôo, a partir de uma perspectiva de RV, é que foram criados para uma tarefa específica. Você não pode sair de um simulador de vôo e continuar dentro do ambiente virtual, muito menos fazer outra coisa que não seja pilotar uma aeronave enquanto estiver dentro

Desafios e preocupações da realidade virtual

Os grandes desafios no campo da realidade virtual estão desenvolvendo sistemas de rastreamento melhores, encontrando outras formas naturais de permitir que os usuários interajam dentro de um ambiente virtual e diminuindo o tempo que leva para construir espaços virtuais.  Embora haja poucas empresas de sistema de rastreamento disponíveis desde o início da realidade virtual, a maioria delas é pequena e não vai durar muito tempo. Do mesmo modo, não existem muitas empresas que estejam trabalhando em dispositivos de entrada especificamente para os aplicativos de RV. A maioria dos desenvolvedores de RV precisa contar com a tecnologia originalmente destinada a outra disciplina, e adaptá-la, além de ter que esperar que a empresa que produz a tecnologia permaneça no mercado. Assim como acontece com a criação de mundos virtuais, pode levar um bom tempo para se criar um ambiente virtual convincente - quanto mais realista for o ambiente, mais tempo levará para ser feito. Uma equipe de programadores pode levar mais de um ano para duplicar um ambiente real com precisão no espaço virtual. 

Precisamos de mais poder, capitão!

Mary Whitton explica que o aumento dos recursos tecnológicos e do poder da computação não significam necessariamente tempo de produção mais veloz ou execução mais fácil ao projetar ambientes virtuais.  Primeiramente, os programadores gostam de tirar proveito de mais poder, criando ambientes mais ricos, que, na verdade, levam mais tempo para serem feitos.

Outro desafio para os desenvolvedores de sistemas de AV é a criação de um sistema que evita a má ergonomia. Muitos sistemas contam com o hardware que sobrecarrega o usuário ou restringe suas opções através de limites físicos. Sem um hardware bem projetado, o usuário poderia ter problemas com seu senso de equilíbrio ou apatia com a diminuição da sensação de telepresença, ou poderia sofrer de ciberdoença, com sintomas que podem incluir desorientação e náusea. Nem todos os usuários parecem correr o risco de ter a ciberdoença - algumas pessoas podem explorar um ambiente virtual durante horas sem nenhum efeito prejudicial, enquanto outras podem ficam enjoadas após alguns minutos. 

Alguns psicólogos estão preocupados com a imersão nos ambientes virtuais que poderia afetar psicologicamente o usuário.  Eles sugerem que os sistemas de AV que colocam um usuário em situações violentas, particularmente como o perpetuador da violência, poderiam fazê-lo ficar dessensibilizado.  De fato, existe um receio de que os sistemas de entretenimento de AV poderiam produzir uma geração de sociopatas (em inglês).  Outros não estão tão preocupados com a dessensibilização, mas avisam que experiências de AV convincentes poderiam levar a um tipo de ciberdependência.  Existem várias histórias de jogadores que deixam suas vidas reais por sua presença no jogo on-line.  Dedicar-se a ambientes virtuais poderia ser ainda mais viciante. 

Outra preocupação que está surgindo envolve ações criminosas.  No mundo virtual, a definição de atos, como assassinatos ou violências sexuais, tem sido problemática.  Até que ponto as autoridades podem acusar uma pessoa de um crime real por ações dentro de um ambiente virtual?  Estudos indicam que as pessoas podem ter reações físicas e emocionais reais aos estímulos em um ambiente virtual e, por isso, é possível que a vítima de um ataque virtual tenha um verdadeiro trauma emocional.  O agressor pode ser punido por provocar uma desgraça na vida real?  Ainda não temos respostas para essas perguntas.

História da realidade virtual

O conceito de realidade virtual existiu durante décadas, mesmo que só tenha chegado ao conhecimento do público no início dos anos 90. Em meados da década de 50, um cineasta chamado Morton Heilig achou que a experiência no cinema estimularia todos os sentidos de seu público, levando-o para dentro das histórias de maneira eficaz. Em 1960, construiu um console de usuário simples, chamado Sensorama, que incluía um display estereoscópico, ventiladores, aromas, alto-falantes estéreos e uma cadeira móvel.  Ele também inventou um display de televisão montado no topo, para que o usuário pudesse ver TV em 3-D.  Os usuários eram públicos passivos para os filmes, mas muitos conceitos de Heilig encontrariam seu caminho no campo da RV.

Os engenheiros da Philco Corporation desenvolveram o primeiro HMD, em 1961, chamado de Headsight. O capacete incluía uma tela de vídeo e um sistema de rastreamento, que os engenheiros ligavam a um sistema de câmera de circuito fechado. O objetivo era que o HMD fosse usado em situações perigosas - um usuário poderia observar um ambiente real, remotamente, ajustando o ângulo da câmera ao girar a cabeça. A Bell Laboratories usou um HMD semelhante em pilotos de helicóptero. Ligaram os HMDs a câmeras de infravermelho presas na parte inferior dos helicópteros, que permitiam que os pilotos tivessem um campo de visão claro ao voarem no escuro. 
 
Em 1965, um cientista da computação chamado Ivan Sutherland idealizou o que chamava de "Ultimate Display".  Com esse display, uma pessoa poderia ver um mundo virtual tão real quanto o mundo físico no qual o usuário vivia. Essa visão orientou praticamente todos os desenvolvimentos dentro do campo da realidade virtual. O conceito de Sutherland incluía:

• um mundo virtual que parece real a qualquer observador, visto através de um HMD e ampliado por meio de estímulos táteis e sonoros tridimensionais;
• um computador que mantém o modelo do mundo em tempo real;
• a capacidade dos usuários de manipular objetos virtuais de uma maneira intuitiva e realista.

Em 1966, Sutherland criou um HMD que era ligado a um sistema de computador. O computador fornecia todos os gráficos para o display (até aquele momento, os HMDs eram ligados apenas a câmeras). Ele usou um sistema de suspensão para segurar o HMD, já que era muito pesado para um usuário aguentar confortavelmente. O HMD podia exibir imagens em estéreo, dando a ilusão de profundidade, além de poder acompanhar os movimentos da cabeça do usuário, para que o campo de visão mudasse adequadamente à medida que o usuário olhasse ao redor.

Desenvolvimento da realidade virtual

A NASA e o Department of Defense and the National Science Foundation financiaram boa parte da pesquisa e desenvolvimento dos projetos de realidade virtual.  A CIA deu US$80.000 a Sutherland para a pesquisa.  As primeiras aplicações foram principalmente na categoria de simuladores de veículos, além de serem usadas em exercícios de treinamento.  Em virtude de as experiências de vôo em simuladores serem semelhantes, mas não idênticas a vôos de verdade, o exército, a NASA e as empresas aéreas instituíram políticas que exigiam pilotos para se ter um tempo de retardo significativo (pelo menos de um dia) entre um vôo simulado e um vôo verdadeiro caso seu desempenho real suportasse.

Durante anos, a tecnologia da RV esteve longe dos olhos do público.  Praticamente todo o desenvolvimento concentrou-se em simulações de veículos até a década de 80.  Então, em 1984, um cientista da computação chamado Michael McGreevy começou a experimentar a tecnologia da RV como uma forma de desenvolver projetos de HCI (human computer interface (interface de computador humano).  A HCI ainda exerce um papel importante na pesquisa da RV; além disso, leva ao conhecimento da mídia a idéia de RV alguns anos depois.

Jaron Lanier inventou o termo realidade virtual em 1987. Nos anos 90, a mídia se prendeu ao conceito de realidade virtual e passou a trabalhar com ele.  As propagandas deram a muitas pessoas uma expectativa fantasiosa do que as tecnologias da realidade virtual poderiam fazer.  Como o público percebeu que a realidade virtual não era tão sofisticada como imaginava que fosse, o interesse acabou.  O termo realidade virtual começou a desaparecer junto com as expectativas do público.  Atualmente, os desenvolvedores de AV procuram não exagerar nos recursos ou aplicativos dos sistemas de AV, além de tenderem a evitar o termo realidade virtual. 


Fontes: http://pt.wikipedia.org/wiki/Realidade_virtual
            http://www.italovalerio.hpg.com.br/rv.htm
            http://www.compgraf.ufu.br/
            http://eletronicos.hsw.uol.com.br/realidade-virtual.htm

 

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