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  1. Realidad Virtual y Entornos Virtuales Habitados Angélica de Antonio Jiménez Universidad Politécnica de Madrid Facultad de Informática Universidad de Castilla la Mancha – Octubre 2005

  2. Índice • Presentación • Introducción a la Realidad Virtual y los Entornos Virtuales • Dispositivos de Realidad Virtual y Realidad Aumentada • Desarrollo de Entornos Virtuales • Agentes Virtuales Inteligentes • Algunos Proyectos de la UPM Angélica de Antonio

  3. Índice • Presentación • Introducción a la Realidad Virtual y los Entornos Virtuales • Dispositivos de Realidad Virtual y Realidad Aumentada • Desarrollo de Entornos Virtuales • Agentes Virtuales Inteligentes • Algunos Proyectos de la UPM Angélica de Antonio

  4. El Laboratorio Decoroso Crespo • Laboratorio de I+D dependiente de la Facultad de Informática de la UPM • Áreas de trabajo: • Aplicación de las tecnologías de la información y las comunicaciones a la enseñanza: • Sistemas Inteligentes de Tutoría • E-learning • Gestión de la Formación • Entornos Virtuales y Agentes Virtuales Angélica de Antonio

  5. Índice • Presentación • Introducción a la Realidad Virtual y los Entornos Virtuales • Dispositivos de Realidad Virtual y Realidad Aumentada • Desarrollo de Entornos Virtuales • Agentes Virtuales Inteligentes • Algunos Proyectos de la UPM Angélica de Antonio

  6. Realidad Virtual • En 1989 se propone, por parte de Jaron Lanier, el término de Realidad Virtual: • una simulación interactiva que implica a todos los sentidos, generada por un ordenador, explorable, visualizable y manipulable en tiempo real, dando la sensación de presencia en el entorno. • La sensación –visual, auditiva, táctil...- se debe percibir como auténtica por el sujeto • El término Entornos Virtuales fue introducido por investigadores del MIT a principios del año 1990 como sinónimo de Realidad Virtual Angélica de Antonio

  7. Entornos Virtuales Habitados • Lo realmente diferente es que el usuario pasa a formar parte del entorno • Adopta algún tipo de representación que puede manipular en tiempo real: AVATAR • Representación: nombre (MUDs), visual (2D / 3D) • Necesidad de una identidad • Humanoides: mayor identificación • Evolución hacia: • Mayor realismo, mejores gráficos • Comportamiento más verosímil (believability) Angélica de Antonio

  8. Habitantes de un EV • Maniquís: • Representación de un humano que no es el usuario, manipulable totalmente por el usuario • Avatares: • Representación de un usuario. Responde a las órdenes del usuario. • Agentes autónomos: • Actúan autónomamente, son inteligentes (Agente Virtual Inteligente) • Avatares-agentes: • Representación de un usuario pero con un cierto grado de autonomía Angélica de Antonio

  9. Avatares Angélica de Antonio

  10. Tipos de Entornos Virtuales(según la dimensionalidad) • Textuales Angélica de Antonio

  11. Tipos de Entornos Virtuales(según la dimensionalidad) • Textuales • 2D Angélica de Antonio

  12. Tipos de Entornos Virtuales(según la dimensionalidad) • Textuales • 2D • 3D Angélica de Antonio

  13. Tipos de Entornos Virtuales(según el número de usuarios) • Mono-usuario • Multi-usuario – Entorno Virtual Distribuido (DVE) • La historia de los DVE´s se remonta a la década de los 70 y arranca por dos caminos en paralelo: • el mundo de Internet, orientado a los juegos en red • en el campo militar orientado a la simulación para el entrenamiento(DIS – Distributed Interactive Simulation) • Plataformas para el desarrollo de DVEs: • SPLINE, DIVE, MASSIVE, etc. • Problemas de escalabilidad, sincronización Angélica de Antonio

  14. Tipos de Entornos Virtuales(según el grado de inmersión) • La inmersión o no-inmersión en un entorno virtual da lugar a dos experiencias fundamentalmente diferentes: • Los sistemas no inmersivos soportan la sensación de “mirar al” EV • los sistemas inmersivos soportan la sensación de “estar en” el EV • Dispositivos: • Sistemas no inmersivos (RV de escritorio) • Monitor, teclado, ratón y joystick • Inmersivos • Dispositivos de RV Angélica de Antonio

  15. Tipos de Entornos Virtuales(según su objetivo) • Existen múltiples aplicaciones posibles, que imponen diferentes requisitos • Industria del Ocio (películas, juegos, entornos sociales) • Comercio electrónico • Diseño • Tratamiento de fobias. Aplicaciones médicas • Simulación y estudio de sistemas complejos • Entornos de Trabajo Colaborativo • Formación y Aprendizaje Angélica de Antonio

  16. Tipos de Entornos Virtuales(según el grado de realismo) • Realistas • Adaptación de la realidad • Tamaño • Transparencia • Escala de tiempo • Fantásticos Angélica de Antonio

  17. Tipos de Entornos Virtuales(según el grado de virtualidad) • Realidad Virtual • Realidad Aumentada Según Milgram Angélica de Antonio

  18. Tipos de Entornos Virtuales(según el grado de interactividad) • Pasivos: • son entornos inmersivos no interactivos. Entornos en los que podemos ver, oír, y quizás sentir lo que sucede, pero no es posible controlar lo que ocurre. Corresponde a las llamadas películas dinámicas habituales en parques de atracciones. • Exploratorios: • permiten al usuario desplazarse por el entorno virtual para explorarlo. Es el estadio correspondiente a los paseos arquitectónicos y las obras de arte virtuales • Interactivos: • permiten al usuario explorar y experimentar con el entorno, modificándolo. Angélica de Antonio

  19. Índice • Presentación • Introducción a la Realidad Virtual y los Entornos Virtuales • Dispositivos de Realidad Virtual y Realidad Aumentada • Desarrollo de Entornos Virtuales • Agentes Virtuales Inteligentes • Algunos Proyectos de la UPM Angélica de Antonio

  20. Enfoque multidisciplinar • Gráficos por computadora • Física, química • Interacción Persona-Ordenador • Psicología cognitiva • Inteligencia Artificial - Agentes • Lingüística – Procesamiento de Lenguaje Natural • Ingeniería del Software Angélica de Antonio

  21. Desarrollo de Entornos Virtuales • Modelado 3D • A modelar: • Escenario y objetos • Habitantes • Cómo modelar: • Láser, Fotogrametría • CAD: problemas de conversión de formatos • Herramientas de modelado: 3DStudio (PC), Maya (PC/Silicon Graphics), Poser, PeopleShop, VirtualFriend, NuGraf, Caligari Truespace Creator, ... • Otros elementos: • Luces • Texturas Angélica de Antonio

  22. Angélica de Antonio

  23. Angélica de Antonio

  24. Angélica de Antonio

  25. Angélica de Antonio

  26. Desarrollo de Entornos Virtuales • Modelado 3D • Animación 3D Angélica de Antonio

  27. Animaciones 3D • Tipos: • Traslaciones + rotaciones • Giros de articulaciones – animación esquelética • Deformaciones (morphing) • Forma de generación: • Definición manual de key-frames + interpolación • Cinemática directa • Cinemática inversa • Tiempo de generación: • Precalculadas • En tiempo real Angélica de Antonio

  28. Desarrollo de Entornos Virtuales • Modelado 3D • Animación 3D • Visualización: • Motores gráficos: rendering, animaciones, detección de colisiones, luces, texturas, … • Técnicas de detección de colisiones: • Bounding boxes • Ray tracing • Problemas: • Realismo • Precisión • Requisitos de cómputo Angélica de Antonio

  29. Desarrollo de Entornos Virtuales • Modelado 3D • Animación 3D • Visualización • Comunicación con dispositivos de salida Angélica de Antonio

  30. Desarrollo de Entornos Virtuales • Modelado 3D • Animación 3D • Visualización • Comunicación con dispositivos de salida Hasta aquí es suficiente para desarrollar EVs pasivos, entornos en los que podemos ver, oír, y quizás sentir lo que sucede, pero no es posible controlar lo que ocurre. Angélica de Antonio

  31. Desarrollo de Entornos Virtuales • Modelado 3D • Animación 3D • Visualización • Comunicación con dispositivos de salida • Interacción: • A través de los dispositivos de entrada y/o interfaz de usuario • Control del punto de vista (cámaras virtuales) • Navegación Hasta aquí es suficiente para el desarrollo de EVs exploratorios, que permiten al usuario desplazarse por el entorno virtual para explorarlo Angélica de Antonio

  32. Desarrollo de Entornos Virtuales • Modelado 3D • Animación 3D • Visualización • Comunicación con dispositivos de salida • Interacción • Generación de eventos sobre el entorno • Programación de los comportamientos del EV (simulación) y sus habitantes Esto es necesario si queremos desarrollar EVs interactivos Angélica de Antonio

  33. Situación Actual del Desarrollo de EVs • La mayor parte de los EV desarrollados son prototipos de laboratorio • Hay relativamente poca experiencia en el desarrollo de este tipo de sistemas • El énfasis se pone en la fase de “codificación” • Se debe prestar más atención a las necesidades y requisitos de los usuarios • No se adopta una actitud ingenieril Angélica de Antonio

  34. Nuestro Objetivo • Proponer un marco metodológico para el desarrollo de EVs bajo el prisma de la IS, para mejorar una serie de parámetros de calidad del software obtenido: • Caracterización de los elementos que pueden aparecen en un EVH, así como sus comportamientos. • Una arquitectura genérica para EVHs. • El conjunto de procesos necesarios para desarrollar EVHs, así como las tareas de que se compone cada proceso y las relaciones entre éstas. • La estrategia de desarrollo que se debe seguir. • Tesis doctoral finalizada en 2001 (Mª Isabel Sánchez) Angélica de Antonio

  35. Nuestro Objetivo • Proponer un marco metodológico para el desarrollo de EVs bajo el prisma de la IS, para mejorar una serie de parámetros de calidad del software obtenido: • Caracterización de los elementos que pueden aparecen en un EVH, así como sus comportamientos. • Una arquitectura genérica para EVHs. • El conjunto de procesos necesarios para desarrollar EVHs, así como las tareas de que se compone cada proceso y las relaciones entre éstas. • La estrategia de desarrollo que se debe seguir. • Tesis doctoral finalizada en 2001 (Mª Isabel Sánchez) Angélica de Antonio

  36. Clasificación según interacción externa Clasificación según su funcionamiento No Perceptibles Reactivos Proactivos Proactivos&Reactivos Perceptibles Pasivos Reactivos Proactivos Proactivos&Reactivos Caracterización de Elementos de un EV Angélica de Antonio

  37. Comportamiento Componente Perceptible-Reactivo Percepción Razonamiento Actuación Percibe ¿El componente No Razona detecta activación Si por parte del usuario o dentro del EVH? ¿El componente tieneque hacer algún cálculo, comprobación, etc.? Si Actúa No ¿El componente tiene No que hacerse perceptible al usuario? Si Realiza Interacción externa (suena, se anima, se visualiza, etc ¿El componente tiene Si que comunicar algo al Realiza Interacción resto de componentes Interna (comunica) del EVH? No

  38. Nuestro Objetivo • Proponer un marco metodológico para el desarrollo de EVs bajo el prisma de la IS, para mejorar una serie de parámetros de calidad del software obtenido: • Caracterización de los elementos que pueden aparecen en un EVH, así como sus comportamientos. • Una arquitectura genérica para EVHs. • El conjunto de procesos necesarios para desarrollar EVHs, así como las tareas de que se compone cada proceso y las relaciones entre éstas. • La estrategia de desarrollo que se debe seguir. • Tesis doctoral finalizada en 2001 (Mª Isabel Sánchez) Angélica de Antonio

  39. Modelo de Proceso Propuesto PROCESOS DE DESARROLLO PROCESOS DE DESARROLLO Todas las tareas Todas las tareas y técnicas y técnicas Análisis Análisis propuestas son nuevas propuestas son nuevas Algunas de las tareas Algunas de las tareas Diseño Diseño y técnicas y técnicas propuestas son nuevas propuestas son nuevas Diseño de Elementos Diseño de Elementos Diseño 3D Diseño 3D Multimedia Multimedia Se propone el uso de Se propone el uso de tareas y técnicas de otras tareas y técnicas de otras Diseño de la Diseño de la Diseño Diseño disciplinas disciplinas Arquitectura Interna Arquitectura Interna del Sistema del Sistema de los Componentes de los Componentes PROCESOS DE PROCESOS DE Implementación Implementación GESTIÓN GESTIÓN Implementación de Implementación de PROCESOS PROCESOS Componentes de Soporte Componentes de Soporte Estimación Estimación INTEGRALES INTEGRALES Implementación del Implementación del Verificación y Verificación y Módulo Principal Módulo Principal Validación Validación Planificación Planificación

  40. Modelo de Proceso Propuesto PROCESOS DE DESARROLLO PROCESOS DE DESARROLLO Todas las tareas Todas las tareas y técnicas y técnicas Análisis Análisis propuestas son nuevas propuestas son nuevas Algunas de las tareas Algunas de las tareas Diseño Diseño y técnicas y técnicas propuestas son nuevas propuestas son nuevas Diseño de Elementos Diseño de Elementos Diseño 3D Diseño 3D Multimedia Multimedia Se propone el uso de Se propone el uso de tareas y técnicas de otras tareas y técnicas de otras Diseño de la Diseño de la Diseño Diseño disciplinas disciplinas Arquitectura Interna Arquitectura Interna del Sistema del Sistema de los Componentes de los Componentes PROCESOS DE PROCESOS DE Implementación Implementación GESTIÓN GESTIÓN Implementación de Implementación de PROCESOS PROCESOS Componentes de Soporte Componentes de Soporte Estimación Estimación INTEGRALES INTEGRALES Implementación del Implementación del Verificación y Verificación y Módulo Principal Módulo Principal Validación Validación Planificación Planificación

  41. Tareas Acrónimo Proceso de Análisis Estereotipado del EVH A-EE Definición de Requisitos Específicos A-RE Conceptualización A-C Modelado Estático A-ME Modelado Dinámico A-MD El Proceso de Análisis Definición de Requisitos Definición de Requisitos Estereotipado del EVH Estereotipado del EVH Específicos Específicos A A - - RE RE A A - - EE EE Modelado Estático Modelado Estático A A - - ME ME D3D D3D - - AR,D3D AR,D3D - - DE, DE, A A - - C C D3D D3D - - DA, DEM DA, DEM - - DM, DM, DEM DEM - - AR AR Conceptualización Conceptualización Modelado Dinámico Modelado Dinámico A A - - MD MD

  42. Tareas Acrónimo Proceso de Análisis Estereotipado del EVH A-EE Definición de Requisitos Específicos A-RE Conceptualización A-C Modelado Estático A-ME Modelado Dinámico A-MD El Proceso de Análisis Definición de Requisitos Definición de Requisitos Estereotipado del EVH Estereotipado del EVH Específicos Específicos A A - - RE RE A A - - EE EE Modelado Estático Modelado Estático A A - - ME ME D3D D3D - - AR,D3D AR,D3D - - DE, DE, A A - - C C D3D D3D - - DA, DEM DA, DEM - - DM, DM, DEM DEM - - AR AR Conceptualización Conceptualización Modelado Dinámico Modelado Dinámico A A - - MD MD

  43. Productos Entrada Acuerdo con el cliente para iniciar el proyecto Salida Estereotipo de EVH a construir Mapa de Tareas Técnicas Entrevistas con el/los clientes Cuestionarios de tipificación Participantes Analista de Sistemas Clientes Estereotipado del EVH • Descripción: • Se tratará de estereotipar el tipo de EVH a construir a través de entrevistas con el cliente. Cada estereotipo de EVH vendrá descrito por una serie de características y, como consecuencia de ello, habrá un conjunto de tareas asociadas, necesarias para llevar a cabo el desarrollo del EVH de la forma más eficiente. Angélica de Antonio

  44. Cuestionario de Tipificación • cuestionarioTipificacion.doc Angélica de Antonio

  45. Tareas Acrónimo Proceso de Análisis Estereotipado del EVH A-EE Definición de Requisitos Específicos A-RE Conceptualización A-C Modelado Estático A-ME Modelado Dinámico A-MD El Proceso de Análisis Definición de Requisitos Definición de Requisitos Estereotipado del EVH Estereotipado del EVH Específicos Específicos A A - - RE RE A A - - EE EE Modelado Estático Modelado Estático A A - - ME ME D3D D3D - - AR,D3D AR,D3D - - DE, DE, A A - - C C D3D D3D - - DA, DEM DA, DEM - - DM, DM, DEM DEM - - AR AR Conceptualización Conceptualización Modelado Dinámico Modelado Dinámico A A - - MD MD

  46. Tarea de Conceptualización Productos Entrada Estereotipo de EVH • Un Concepto de Usose redacta en una o dos frases y representa una de las posibles funcionalidades del sistema, no siendo estas funcionalidades demandadas directamente por el usuario sino delegadas en algún elemento del EVH Salida Definición del Problema Definiciones, Acrónimos y Abreviaturas Lista inicial de requisitos funcionales del sistema Documento de Conceptualización, con casos de uso y conceptos de uso clasificados. Técnicas Conceptos de Uso Casos de Uso Participantes Analista de Sistemas Cliente Usuarios

  47. Tareas Acrónimo Proceso de Análisis Estereotipado del EVH A-EE Definición de Requisitos Específicos A-RE Conceptualización A-C Modelado Estático A-ME Modelado Dinámico A-MD El Proceso de Análisis Definición de Requisitos Definición de Requisitos Estereotipado del EVH Estereotipado del EVH Específicos Específicos A A - - RE RE A A - - EE EE Modelado Estático Modelado Estático A A - - ME ME D3D D3D - - AR,D3D AR,D3D - - DE, DE, A A - - C C D3D D3D - - DA, DEM DA, DEM - - DM, DM, DEM DEM - - AR AR Conceptualización Conceptualización Modelado Dinámico Modelado Dinámico A A - - MD MD

  48. Modelado Estático (modelo de clases básico) Objeto de Decorado Componente Sub-EVH EVH Posición Orientación Puerta Punto de Vista Frontera 1 1 Luz Tipo Color Tipo +Utiliza 1..* 1..* Usuario Avatar Avatar_Seleccionado Cuerpo + tiene Nombre Edad Orientación Acción Nombre Posición 1 1 1 1 Sexo Estado Rol Id_conexión 1 1 +Tiene 1 1 +Usa 1 1 1..* 1..* Memoria Dispositivo de Conexión Lista_de_amigos Tipo Angélica de Antonio

  49. Modelo de Proceso Propuesto PROCESOS DE DESARROLLO PROCESOS DE DESARROLLO Todas las tareas Todas las tareas y técnicas y técnicas Análisis Análisis propuestas son nuevas propuestas son nuevas Algunas de las tareas Algunas de las tareas Diseño Diseño y técnicas y técnicas propuestas son nuevas propuestas son nuevas Diseño de Elementos Diseño de Elementos Diseño 3D Diseño 3D Multimedia Multimedia Se propone el uso de Se propone el uso de tareas y técnicas de otras tareas y técnicas de otras Diseño de la Diseño de la Diseño Diseño disciplinas disciplinas Arquitectura Interna Arquitectura Interna del Sistema del Sistema de los Componentes de los Componentes PROCESOS DE PROCESOS DE Implementación Implementación GESTIÓN GESTIÓN Implementación de Implementación de PROCESOS PROCESOS Componentes de Soporte Componentes de Soporte Estimación Estimación INTEGRALES INTEGRALES Implementación del Implementación del Verificación y Verificación y Módulo Principal Módulo Principal Validación Validación Planificación Planificación

  50. El Proceso de Diseño 3D D3D D3D - - SD SD D3D D3D - - AR AR A A - - C, A C, A - - RE RE Selección de Diseños 3D Selección de Diseños 3D Adaptaciones y Retoques de Adaptaciones y Retoques de Existentes Existentes Diseños 3D Existentes Diseños 3D Existentes D3D D3D - - DE DE A A - - C, A C, A - - RE RE Diseño 3D del EVH Diseño 3D del EVH D3D D3D - - DA DA Diseño 3D de los Avatares Diseño 3D de los Avatares Angélica de Antonio