Entorno virtual automático de cueva.

Un entorno virtual automático de cueva (más conocido por el acrónimo recursivo CAVE) es un entorno de realidad virtual inmersivo donde los proyectores se dirigen a entre tres y seis de las paredes de una un cubo del tamaño de una habitación. El nombre también es una referencia a la alegoría de la Cueva en la República de Platón en la que un filósofo contempla la percepción, la realidad y la ilusión.

Características generales

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. Una CAVE suele ser una sala de vídeo situada dentro de una sala más grande. Las paredes de una CAVE suelen estar formadas por pantallas de retroproyección, aunque las pantallas planas son cada vez más comunes. El suelo puede ser una pantalla de proyección hacia abajo, una pantalla de proyección inferior o una pantalla plana. Los sistemas de proyección tienen una resolución muy alta debido a la visualización de cerca, que requiere tamaños de píxeles muy pequeños para conservar la ilusión de la realidad. El usuario usa gafas 3D dentro de la CAVE para ver los gráficos 3D generados por la CAVE. Las personas que utilizan la CAVE pueden ver objetos que aparentemente flotan en el aire y pueden caminar alrededor de ellos, obteniendo una visión adecuada de cómo se verían en realidad. Inicialmente esto fue posible gracias a sensores electromagnéticos, pero luego se han convertido en cámaras infrarrojas. La estructura de los primeros CAVE tuvo que construirse con materiales no magnéticos, como madera, para minimizar la interferencia con los sensores electromagnéticos; el cambio al seguimiento por infrarrojos ha eliminado esa limitación. Los movimientos de un usuario de CAVE son seguidos por sensores normalmente conectados a las gafas 3D y el video se ajusta continuamente para retener la perspectiva de los espectadores. Las computadoras controlan tanto este aspecto de CAVE como el aspecto de audio. Por lo general, hay varios parlantes colocados en múltiples ángulos en la CAVE, que brindan sonido 3D para complementar el video 3D.

Tecnología

Una visualización realista se crea mediante proyectores colocados fuera de la CAVE y controlados por movimientos físicos de un usuario dentro de la CAVE. Un sistema de captura de movimiento registra la posición en tiempo real del usuario. Las gafas con obturador LCD estereoscópico transmiten una imagen en 3D. Las computadoras generan rápidamente un par de imágenes, una para cada uno de los ojos del usuario, basándose en los datos de captura de movimiento. Las gafas están sincronizadas con los proyectores para que cada ojo sólo vea la imagen correcta. Dado que los proyectores están colocados fuera del cubo, a menudo se utilizan espejos para reducir la distancia requerida entre los proyectores y las pantallas. Una o más computadoras manejan los proyectores. Los grupos de PC de escritorio son populares para ejecutar CAVE porque cuestan menos y funcionan más rápido.

Hay disponibles software y bibliotecas diseñados específicamente para aplicaciones CAVE. Existen varias técnicas para renderizar la escena. Actualmente se utilizan tres gráficos de escenas 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.

Calibración

Para poder crear una imagen que no esté distorsionada o fuera de lugar, las pantallas y los sensores deben estar calibrados. El proceso de calibración depende de la tecnología de captura de movimiento que se utilice. Los sistemas Ópticos o Inercial-acústicos sólo requieren configurar el cero y los ejes utilizados por el sistema de seguimiento. La calibración de sensores electromagnéticos (como los utilizados en la primera cueva) es más compleja. En este caso una persona se pondrá las gafas especiales necesarias para ver las imágenes en 3D. Luego, los proyectores llenan la CUEVA con muchas cajas de una pulgada separadas por un pie. Luego, la persona toma un instrumento llamado "dispositivo de medición ultrasónica" que tiene un cursor en el medio y coloca el dispositivo de manera que el cursor esté visualmente alineado con el cuadro proyectado. Este proceso puede continuar hasta que se midan casi 400 bloques diferentes. Cada vez que el cursor se coloca dentro de un bloque, un programa de computadora registra la ubicación de ese bloque y envía la ubicación a otra computadora. Si los puntos están calibrados con precisión, no debería haber distorsión en las imágenes que se proyectan en la CUEVA. Esto también permite que CAVE identifique correctamente dónde se encuentra el usuario y pueda rastrear con precisión sus movimientos, lo que permite que los proyectores muestren imágenes según dónde se encuentre la persona dentro de CAVE.

Aplicaciones

El concepto del CAVE original se ha vuelto a aplicar y actualmente se utiliza en una variedad de campos. Muchas universidades poseen sistemas CAVE. Las CAVE tienen muchos usos. Muchas empresas de ingeniería utilizan CAVE para mejorar el desarrollo de productos. Se pueden crear y probar prototipos de piezas, desarrollar interfaces y simular diseños de fábrica, todo ello antes de gastar dinero en piezas físicas. Esto les da 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. Los investigadores pueden utilizar el sistema CAVE para llevar a cabo su tema de investigación de un método más accesible y eficaz. Por ejemplo, CAVE se aplicó en la investigación de sujetos de entrenamiento durante el aterrizaje de un avión F-16.

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