Para entender cómo funciona la realidad virtual (RV) tenemos que saber que esta integra componentes mecánicos, eléctricos, electrónicos y un ambiente tridimensional hecho por computadora para crear entornos artificiales capaces de interactuar con los usuarios y que sean percibidos como escenarios reales.
Esta tecnología ha ganado popularidad en los últimos años, sobre todo por su capacidad de reproducir situaciones o ambientes que, en el mundo real, podrían suponer un riesgo a las personas. Por ejemplo, la RV ha sido ampliamente utilizada en el tratamiento de fobias, donde los pacientes pueden ser sometidos a situaciones de acrofobia (miedo a las alturas) o aracnofobia (miedo a los arácnidos) sin realmente comprometer su integridad y manteniendo el control en todo momento.
Las aplicaciones de RV son vastas. Más allá del tratamiento de fobias, esta tecnología ha mostrado gran impacto en áreas como entrenamiento deportivo, educación, simulación de vehículos, dispositivos médicos e, incluso, sistemas de rehabilitación motriz y cognitiva. Sin importar la aplicación, uno de los temas de mayor interés asociado al desarrollo y estudio de la RV es la manera en cómo los usuarios perciben el análogo virtual como “real”.
Cómo funciona la realidad virtual: ¿Inmersión o presencia?
Para comprender cómo un usuario percibe como “real” una experiencia de RV, es importante conocer y diferenciar entre dos términos: inmersión y presencia.
La inmersión está asociada a la tecnología que posee un sistema de RV, es decir, qué cantidad de medios tecnológicos dispone para estimular los distintos sentidos sensoriales para crear experiencias vívidas. Aquí figuran los avanzados visores de RV, así como los sistemas tipo “cueva” que consisten en una habitación equipada con proyectores de alta definición para proveer una sensación envolvente. Además de esto, existen sistemas de sonido estéreo, es decir, sistemas de múltiples canales de alta definición que, en conjunto, con controles especiales y dispositivos hápticos (aquellos que generan respuestas táctiles), generan estímulos parecidos a los encontrados en los escenarios del mundo real.
Por otro lado, la presencia es un estado físico y mental de la persona, que lo hace sentir presente en un lugar aunque no se encuentre ahí. Dicho estado es, básicamente, resultado de la inmersión del sistema: en la medida que este pueda proveer estímulos que engañen a los sentidos sensoriales, la persona olvidará que está en una habitación utilizando un visor de RV y comenzará a vivir la experiencia como si realmente estuviera ahí. Por lo tanto, cuando se trata de evaluar la experiencia del usuario o el grado en el que este percibe el análogo virtual como real, se usará la presencia (ver figura 1).
¿Cómo se evalúa el estado de presencia?
Inicialmente, los estudios del estado de presencia comenzaron en la década de los noventa y se basaban en cuestionarios, en los cuales los usuarios respondían preguntas asociadas a su experiencia. Sin embargo, con el paso del tiempo se fueron identificando diversas problemáticas asociadas al uso de esta herramienta, pues en general se trataban de elementos meramente subjetivos y no había un estándar para redactar las preguntas, o bien, contestarlas. Además, al responder a este tipo de cuestionarios, el usuario puede estar afectado por factores personales y culturales, sin mencionar que el tiempo que transcurre entre la experiencia virtual y la realización del cuestionario puede tergiversar el “recuerdo”, comprometiendo aún más los resultados.
Ante dicho problema, se comenzó la exploración de los llamados Sistemas de Computación Afectiva (SCA), los cuales prometían un enfoque más novedoso y preciso que pudiera brindar resultados tanto cualitativos como cuantitativos. En esencia, un SCA permite analizar las respuestas del sistema nervioso autónomo, las cuales a su vez son reflejadas a través de señales fisiológicas del cuerpo humano permitiendo obtener respuestas instantáneas e involuntarias ligadas a su estado emocional. Entre las señales fisiológicas más populares se tiene la señal electrocardiográfica (actividad eléctrica del corazón), señal electromiográfica (actividad eléctrica de los músculos), actividad electrodérmica (cambios de sudoración en la piel) y señales electroencefalográficas (actividad eléctrica del cerebro). Posterior a la adquisición de estas señales, se realiza un procesamiento permitiendo extraer diversas características, como el ritmo cardiaco, el nivel de sudoración, el estado de alerta de una persona, etc. Más tarde, se realiza una interpretación para determinar el estado emocional del sujeto, permitiendo saber si está estresado, feliz, triste o enojado, entre otros.
Pero, y ¿cómo se liga el estado emocional del sujeto a su estado de presencia? De acuerdo con la evidencia empírica obtenida a través de los años en numerosos estudios, si una experiencia de RV puede evocar una emoción específica en un usuario, así como sucedería en el mundo real en el mismo escenario, se dice entonces que el sujeto está experimentando el estado de presencia. Volviendo al ejemplo del tratamiento de fobias, los escenarios mostrados suelen generar ansiedad y estrés en los sujetos de prueba, tal y como ocurre en la misma situación del mundo real. En la figura 2 se resume el proceso antes mencionado, el cual ha generado grandes avances en el estudio de la RV.
Avances y resultados de la RV en el Tecnológico de Monterrey
Particularmente, el equipo de trabajo del Tecnológico de Monterrey se ha enfocado en analizar nuevas estrategias que permitan diseñar sistemas de RV más eficientes para evocar el estado de presencia. Esto también incluye nuevos enfoques de análisis del estado de presencia para poder brindar una métrica que nos presente resultados más concretos en los estudios.
Entre los años 2015 y 2019 se desarrolló un simulador de bicicleta basado en RV, el cual permitiera tener recorridos similares a los que se tienen en el mundo real. Para esto, se integraron sistemas mecánicos, electrónicos y de control que brindaran retroalimentación a los usuarios a través del sistema de pedaleo y del manubrio, logrando así una experiencia inmersiva con recursos tecnológicos limitados. Los cuestionarios realizados para evaluar dicho simulador de bicicleta evidenciaron el problema de usar cuestionarios al observar que algunos usuarios dudaban al momento de responder las preguntas una vez terminado su recorrido virtual.
Posteriormente, entre 2018 y 2021 se trabajó un marco teórico en el que se propusieron métricas llamadas “Error de presencia” y “Grado de presencia”. Estas métricas permitieron abordar el problema de analizar la presencia en los sistemas de RV con modelos matemáticos que brindaran más precisión en su análisis y desarrollar una estrategia de control para cambiar el contenido de RV acorde con el estado de presencia de los sujetos de prueba. La metodología propuesta fue validar con experimentos y se demostró parcialmente que el estado de presencia puede ser controlado por medio de la generación de emociones específicas en los usuarios mientras usan un sistema de RV. Esto significó un primer antecedente en el estado del arte para poder incluir estrategias matemáticas en el estudio de presencia. Cabe resaltar que estos trabajos y resultados tuvieron la importante colaboración de colegas del Instituto Politécnico Nacional (UPIITA) y del CINVESTAV Unidad Guadalajara.
Incluso con los resultados obtenidos, todavía queda mucho trabajo por hacer, pues el procesamiento de señales fisiológicas y la detección de emociones siguen siendo un reto dada la complejidad del cuerpo humano y de la gran variedad de reacciones que puede tener una persona.
Sin duda, es un área con un futuro prometedor, pues la evolución de los sistemas de computación afectiva y su integración con la RV permitirá crear experiencias personalizadas para cada persona. Pensemos, por ejemplo, en la posibilidad de tener un videojuego que se adapte si estás muy estresado, o bien, que se vuelva más retador si está siendo aburrido. O también, contar con rutinas de rehabilitación que se ajusten al avance individual de cada sujeto. Todo ello puede generar un verdadero cambio de paradigma en esa área.
Si quieres saber más, consulta los siguientes artículos:
G. Hernández-Melgarejo, A. Luviano-Juárez and R. Q. Fuentes-Aguilar, «A Framework to Model and Control the State of Presence in Virtual Reality Systems,» in IEEE Transactions on Affective Computing, 2022. doi: doi: https://doi.org/10.1109/TAFFC.2022.3195697
G. Hernández–Melgarejo, D. Flores–Hernández, A. Luviano–Juárez, L. Castañeda, I. Chairez, and S. D. Gennaro, in ISA Transactions, vol. 97, pp. 336–351, 2020. doi: https://doi.org/10.1016/j.isatra.2019.08.002
Slater M, Sanchez-Vives M, “Enhancing our lives with immersive virtual reality,” in Frontiers in Robotics and AI, Published online 19 December 2016. doi: https://doi.org/10.3389/frobt.2016.00074
Marín-Morales, J.; Llinares, C.; Guixeres, J.; Alcañiz, M., “Emotion Recognition in Immersive Virtual Reality: From Statistics to Affective Computing,” in Sensors, 2020, 20, 5163. https://doi.org/10.3390/s20185163
Autor
Gustavo Hernández Melgarejo, [email protected]
Soy ingeniero mecatrónico, con un doctorado en Ciencias con especialidad en Ingeniería Eléctrica. Actualmente soy investigador PostDoc en el Instituto de Materiales Avanzados para la Manufactura Sostenible del Tecnológico de Monterrey. Mis intereses de investigación se centran en los sistemas de computación afectiva, implementación de sistemas de realidad virtual, así como diseño, instrumentación y control de sistemas mecatrónicos. https://orcid.org/0000-0003-1430-7567.
