Metáforas, estilos y paradigmas
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La cueva (CAVE) La cueva es un espacio cúbico de 3x3x3 metros, delimitado por tres paredes (una frontal y dos laterales). Las tres paredes y el suelo son pantallas de proyección: en las paredes es retroproyección y en el suelo es proyección frontal del techo. Las imágenes proyectadas son en tres dimensiones y es preciso utilizar las gafas de cristal líquido con tal de percibir un efecto de estereoscopia. El usuario se puede mover dentro de este espacio mirando las imágenes proyectadas (en las paredes y en el suelo) y por esta razón, es preciso que tenga un sensor de posición y orientación que permita al ordenador saber donde está el usuario. De esta manera, el ordenador puede generar las imágenes con la proyección perspectiva correcta para casa plano de proyección, de forma que la percepción estereoscópica sea efectiva. El usuario interacciona con los entornos mediante un dispositivo tipo joystick aéreo denominado wand, con una serie de botones y un sensor de posición, orientación. El espacio también está provisto de un sistema que genera sonido cuadra fónico. La característica más importante de la cueva es que es un sistema multiusuario, es decir hasta cinco personas con gafas se pueden mover dentro de este espacio. Un usuario dirige la interacción mediante el uso del wand [PAR00]
Ejemplos de uso de la realidad virtual:
Computación ubicua En 1991, Mark Weiser (Xerox PARC) ilustró un nuevo paradigma de interacción publicando un artículo sobre su visión acerca de la Computación Ubicua [WEI91]. En su visión, Weiser explica que la computación ubicua trataría de extender la capacidad computacional al entorno del usuario, permitiendo que la capacidad de información esté presente en todas partes en forma de pequeños dispositivos muy diversos que permiten interacciones de poca dificultad, conectados en red a servidores de información. El diseño y localización de estos dispositivos deben ser ideados especialmente para la tarea objeto de interacción. La computación, por tanto, deja de estar localizada en un único punto para pasar a diluirse en el entorno. El ordenador queda delegado a un segundo plano, intentando que resulte lo más transparente posible al usuario. Esta idea suele referirse con el término de “omnipresencia” de la computación. Alan Kay denomina a la computación ubicua el tercer paradigma [WEI96]. Por tanto ya no existirá nunca más una estación de trabajo y una sola pantalla donde interaccionar, sino una serie de visualizaciones por todas partes permitiendo interacciones de poca dificultad. Los dispositivos necesarios para acceder a este sistema estarían disponibles en cualquier parte Descrita de esta manera la computación ubicua no es la realidad virtual con la que a veces se confunde La realidad virtual trata de crear un mundo virtual no existente en favor de uno imaginario, la computación ubicua por contra forma parte del mundo real y lo mejora. Respecto al paradigma de la sobremesa, Donald Norman en su libro The invisible computer [NOR98] insiste en la idea de que el ordenador personal es probablemente la tecnología mas frustrante jamás fabricada. Propone que el ordenador tiene que ser visto como una infraestructura. Tiene que ser silencioso, invisible y no obstructivo pero es demasiado visible, demasiado exigente y controla nuestro destino. Su complejidad y sus frustraciones son debidas a la concentración de demasiadas funciones en una caja que está en nuestra sobremesa.
El paradigma de computación ubicua está inspirado en el acceso constante a la información y en las numerosas capacidades computacionales [ABO00]. Dada la variedad de dispositivos existentes hoy en día —insignias activas, marcas, WAPs palmtops, tabletas, pizarras electrónicas, entre otros—, podemos decir que la visión de Weiser ha pasado a ser una realidad tecnológica. Así, podemos hablar hoy en día de entornos en los que los usuarios no interaccionan directamente con ordenadores, sino que opera en un entorno integrado coherente que incorpora ordenadores y dispositivos de interacción de todos los tamaños y tipos. Avances recientes en comunicaciones sin hilos y ordenadores móviles podrán extender la computación ubicua a cualquier sitio, a cualquiera, y en cualquier momento. Los avances en hardware que se han producido no son suficientes para que se realice el cambio de paradigma de la sobremesa a la computación ubicua. No podemos simplemente adaptar entornos de software realizados para soportar una persona, una pantalla, un entorno de ordenador (ya sea sobremesa, portátil o PDA). El problema es crear un entorno de software/hardware que soporte la multi–persona, el multi–dispositivo, diferentes lugares de una manera integrada, hecho a partir de la tecnología existente pero aportando coherencia sobre el entorno como un todo. Esto implica al mismo tiempo integración del sistema de tal manera que todos los dispositivos puedan ínter operar y una integración de la interacción [WIN97]. Realidad aumentada Introducción La Realidad Aumentada (RA) es un paradigma de interacción que trata de reducir las interacciones con el ordenador utilizando la información del entorno como una entrada implícita. Con este paradigma el usuario será capaz de interaccionar con el mundo real, el cual aparece aumentado por la información sintética del ordenador. Con ello se consigue integrar los dos mundos (el real y el computacional), obteniendo como resultado una disminución importante del coste interactivo. La situación del usuario será automáticamente reconocida utilizando un amplio conjunto de métodos de reconocimiento.
Con todo ello podemos afirmar que con el paradigma de la RA se consigue asistir y mejorar la interacción entre los humanos y el mundo real. Permite la integración del uso del ordenador en la mayoría de las actividades de la vida cotidiana, posibilitando el acceso a usuarios diversos y no especializados, dado que los objetos de la vida cotidiana se convierten en verdaderos objetos interactivos. 
Figura 13 Comparación entre manipulación directa y realidad aumentada Así, la RA permite al usuario permanecer en contacto con su entorno de trabajo de forma que su foco de atención no esté en el ordenador, sino en el mundo real, refiriéndonos a éste como mundo real aumentado. Explotando las habilidades visuales y espaciales de los usuarios, la RA traslada información adicional al mundo real, en vez de introducirlos en el mundo virtual del ordenador. Se pueden utilizar métodos de reconocimiento como tiempo, posición o reconocimiento de objetos utilizando la visión por ordenador. También podemos hacer más comprensible el mundo real para el ordenador usando, por ejemplo, códigos de barra. El papel que juega el ordenador es el de asistir y mejorar las relaciones e interacciones entre las personas y el mundo real. Este paradigma de la interacción y visualización de información constituye el centro de una nueva y muy prometedora tecnología para muchas aplicaciones. La RA puede ser muy útil en multitud de sectores como medicina, arquitectura, diseño interior, construcción, ingeniería civil, diseño de automóviles, mantenimiento mecánico y reparación, etc. De todas formas, las aplicaciones reales para RA imponen una fuerte demanda de tecnología que todavía no se ha alcanzado. En qué se diferencia la realidad aumentada de la computación ubicua? La diferencia es muy clara. Mientras que la computación ubicua continua utilizando dispositivos informáticos de bajo coste interactivo, la realidad aumentada utiliza la propia realidad para interaccionar, sin incurrir en la necesidad de adoptar nuevos procedimientos de trabajo. Todo lo contrario, se mantienen los métodos tradicionales que garantizan la familiarización del usuario con el entorno.
Existen dos corrientes importantes en este nuevo paradigma. Por un lado el derivado de aplicar la realidad virtual en el mundo real, y por otro lado el uso de dispositivos que aumentan la realidad y interaccionan directamente con ella. En el primer caso se trata, pues, de una nueva tecnología que aumenta o mejora la visión que el usuario tiene del mundo real con información adicional sintetizada mediante un modelo computerizado, las cuales se superponen mediante el uso, generalmente, de unas gafas especializadas. Los usuarios pueden trabajar y examinar objetos 3D reales mientras reciben información adicional sobre estos objetos o sobre la tarea que se está realizando. En el segundo caso el usuario será capaz de interactuar con el mundo real, el cual estará aumentado por la información sintetizada por el ordenador. No se trata de superponer la información real con la virtual, como es el caso de la anterior, sino de hacer participar diversos objetos de la vida cotidiana – ya sea un bolígrafo o un bloc de notas – que automáticamente interaccionan con el sistema sin que para ello sea necesario realizar ninguna acción específica. Esto es importante puesto que evitamos que el usuario tenga que familiarizarse con un nuevo entorno de trabajo. Líneas de trabajo Superficies interactivas Transformación de la superficie dentro de un espació arquitectónico (paredes, mesas, puertas, ventanas como una interfaz activa entre el mundo físico y el mundo real. Acoplamiento de bits y átomos Acoplamiento sin interrupciones entre los objetos de cada día que se pueden coger (tarjetas, libros, modelos) con la información digital que está relacionado con ellos. Medio ambiente Uso del medio ambientes como el sonido, la luz, corrientes de aire o movimientos de agua como una interfaz de fondo. Ejemplos La realidad aumentada en esta segunda línea es un tema muy nuevo y no hay muchas implementaciones realizadas. Existen algunos ejemplos descritos en el artículo de Hiroshi Ishii [ISH97] del MIT que describe tres ejemplos: Metadesk, Ambient room y Transboard.
La Realidad Virtual (RV) ha sido un tema de gran interés en los últimos tiempos. Menos atención se ha puesto en el campo de la Realidad Aumentada (RA) a pesar de su similar potencial. En los sistemas de RV el usuario está completamente inmerso en un mundo artificial y no hay manera alguna de interactuar con objetos del mundo real. En contraposición con la RV, en la tecnología de la RA los usuarios pueden interactuar con una mezcla de mundo real y virtual de una forma natural. Así, la diferencia entre RV y RA está en el tratamiento que hacen del mundo real. La RV sumerge al usuario dentro de un mundo virtual que completamente reemplaza el mundo real exterior, mientras que la RA deja al usuario ver el mundo real alrededor de él y aumenta la visión que éste tiene de su entorno mediante la superposición o composición del objetos 3D virtuales. Idealmente esto daría la ilusión al usuario de que los objetos del mundo real y virtual coexisten. Se podría decir que los sistemas de RA llevan el ordenador al entorno de trabajo real del usuario, mientras que los sistemas de RV intentan llevar el mundo al interior del ordenador. Dicho de otro modo, la RA lleva información dentro del mundo real del usuario en vez de llevar al usuario dentro del mundo virtual del ordenador. Ordenadores corporales El ordenador debe poder llevarse encima, tal y como se llevan unas gafas o un vestido, y debe interaccionar con el usuario según el contexto en el que se encuentre. El objetivo del ordenador corporal debe ser el conseguir enlazar la información del espacio personal del usuario (su entorno), con la propia información de un sistema informático. Para conseguirlo, debe ofrecer toda su funcionalidad de una manera natural y sin obstáculos (cómoda), permitiendo al usuario concentrar toda su atención en la tarea que está realizando sin que sufra distracciones por la utilización del propio sistema. Un ordenador corporal puede usarse sin tener que emplear las manos (o reduciendo al mínimo dicha interacción con la utilización de dispositivos de entrada especiales como los "chording keyboards"), y sin necesidad de desviar la mirada para ver la pantalla del dispositivo electrónico. El ordenador corporal responde a órdenes habladas (reconocimiento de voz), se integra con la vestimenta, y la pantalla donde se visualiza la información está colocada de tal manera que no obliga a desviar la vista del trabajo que se está realizando.
En la actualidad, los chips van siendo cada vez más pequeños y baratos, pero a su vez más potentes. Uno de los desafíos de los científicos, todavía lejos de conseguir, es hacer el ordenador corporal invisible a la vista, integrándolo totalmente en la vestimenta humana o en complementos a la misma (relojes, pendientes, gafas, zapatos, etc.). Es decir, en cualquier sitio en el que un par de centímetros se encuentren disponibles. 
Figura 15 Ordenador corporal Los ordenadores corporales abrirán la puerta de cientos de posibles aplicaciones, permitiendo al usuario escapar del despacho y aventurarse al mundo exterior sin tener que llevar su ordenador portátil. Médicos, secretarias, hombres de negocios, padres, profesores, policías, bomberos y estudiantes son unos pocos ejemplos de grupos para los que se están buscando las posibilidades de aplicación de los ordenadores corporales. Dispositivos utilizados en RA La siguiente lista de dispositivos no tiene porqué estar presentes en todas las aplicaciones de la tecnología de la RA, pero sí que se podría decir que son específicos o indicativos del uso de RA. Dependerá de cada uso concreto, los dispositivos que se utilizarán y la configuración de los mismos. Un equipo estándar podría ser el siguiente: ordenador (a ser posible con aceleración de gráficos 3D), un sistema GPS diferencial, unas gafas o un sistema de visión montado en casco (con seguidor de orientación) o head–trackers, etc. El problema clave en la RA es el del registro de los objetos. Se ha de almacenar la información sobre el objeto virtual para sobreimpresionarla posteriormente sobre el objeto. En los sistemas típicos de RA se utilizan seguidores del movimiento de la cabeza para procesar la orientación conjuntamente con sensores de sonar y scanners para detectar los objetos reales. El problema principal es la falta de sensibilidad. La mayoría de "head–trackers" comerciales no proporcionan la suficiente. De todos modos, enumeraremos algunos de los dispositivos que suelen estar presentes y darán una idea más clara al lector de lo que la RA implica.
En el espíritu de las primeras "see–through head–mounted display" desarrolladas por Sutherland [SUT68]. Como su nombre indica van montadas sobre la cabeza y permiten mostrar gráficos sobreimpresionados sobre lo que puede ver la persona que las lleva. Se utilizan en ordenadores corporales y en aplicaciones tales como de construcción, de mantenimiento mecánico y reparación, etc. Normalmente incorporan un seguidor de orientación "head–tracker". Aplicaciones: Algunos escenarios de RA Mencionar todas las áreas de aplicación de la tecnología de la RA sería un tarea interminable y fuera del propósito de este trabajo. Por este motivo, se expondrá una lista incompleta de escenarios de aplicación en los que la RA se prevé que será muy beneficiosa. Algunas de estos escenarios ya son una realidad hoy en día. El fontanero del futuro Supóngase que estamos en el año 2005 y que una cierta compañía quisiera remodelar una habitación para colocar un fregadero de cocina. Para instalar las tuberías necesarias de agua caliente y fría se contrata a un fontanero y éste visita la compañía para hacer los planos requeridos y presupuestar la obra. El "fontanero del futuro" llega llevando consigo un pequeño ordenador y después de discutir donde se colocará el fregadero, abre la maleta de su ordenador personal y retira lo que parecen ser unas gafas de sol gigantes. Las gafas de sol están conectadas con un cable al ordenador personal. Cuando se pone las gafas, éstas actúan exactamente como unas gafas de sol normales, es decir, él ve una versión oscurecida de la habitación alrededor suyo. Pero después de pulsar unas cuantas teclas en su ordenador, cuando mira de nuevo alrededor, además de la habitación ve unos gráficos sobreimpresionados de muchos objetos que normalmente son invisibles. Así, él ve unas líneas amarillas dentro de los muros que representan la localización de líneas de corriente y líneas verdes que muestran por donde circulan las líneas de teléfono. También ve representaciones de varias estructuras de acero de soporte concretas dentro de los muros tanto como la localización de los conductos de calor y aire acondicionado. Después de mirar alrededor de la habitación el fontanero no puede ver lo que está buscando, así que vuelve a teclear de nuevo unos comandos en su ordenador. Ahora es capaz de mirar a través de los muros y ver la disposición de las habitaciones adyacentes. También encuentra lo que estaba buscando: dos gruesas líneas azules y rojas que representan las tuberías principales de agua caliente y fría a través del edificio. En este momento, él, que también está conectado por un cable a su ordenador personal, hace una selección mediante un dispositivo de puntero. Debido a que el dispositivo físico de puntero no puede ser proyectado físicamente a través de un muro, el fontanero ve una versión extendida del puntero generada por el ordenador y que puede ser ahora utilizada para indicar posiciones dentro del muro. Usando este puntero extendido el fontanero traza un plano para las tuberías de agua fría y caliente de la cocina propuesta. Después de evaluar su plano, hace unas pequeñas modificaciones para simplificar la instalación de las nuevas tuberías y entonces le pide al ordenador que le proporcione un coste estimado. Después de conseguir la aprobación final del presupuesto el fontanero transmite los planos desde su ordenador a su centro de trabajo, donde todas las tuberías necesarias son pre–cortadas y ensambladas. Al día siguiente, uno de sus operarios llega con las partes prefabricadas y, utilizando un ordenador similar revisa el plan y realiza la instalación.
En el relato del fontanero del futuro queda patente un problema actual en la construcción: Después de que un edificio haya sido construido, su mantenimiento y renovación a menudo requieren que se efectúen agujeros y modificaciones. Sabiendo la localización exacta de las tuberías o de los cables eléctricos en un muro se podrían evitar fugas de agua o pérdidas de fluido eléctrico. La información sobre el cableado eléctrico y de las tuberías de agua está disponible en los planes de construcción, pero es una faena tediosa para el personal de mantenimiento medir de nuevo las localizaciones exactas. Con la tecnología de RA se puede simplificar el proceso enormemente determinando automáticamente las medidas y sobreimpresionando gráficamente los aspectos relevantes de un plano en un muro. Mantenimiento mecánico y reparación Otra área de aplicación que se está explorando actualmente es en el campo del mantenimiento mecánico y la reparación asistida por ordenador. En este escenario un mecánico es asistido por un sistema de RA mientras, por ejemplo, examina y repara un complejo motor. El sistema puede presentar una gran variedad de información al mecánico. Las anotaciones pueden identificar el nombre de las piezas o partes, describir su función y/o presentar otra información importante tal como datos sobre el mantenimiento o de los posibles proveedores. La RA puede guiar al mecánico a través de una tarea específica resaltando partes que tienen que ser retiradas secuencialmente y mostrar su sentido de extracción. El sistema también podría proveer de información sobre seguridad. Por ejemplo, las partes que están calientes o electrificadas pueden ser resaltadas para recordar constantemente al mecánico el peligro de tocarlas. Diseño interior Antes de que un edificio se construya, se renueve o se redecore se emplea mucho tiempo diseñando y discutiendo los cambios a realizar. Muchas personas, en particular clientes y el público en general, tienen problemas para visualizar lo que se les propone. Además, personas diferentes pueden visualizar cosas diferentes debido a especificaciones imprecisas, sin darse cuenta de este fallo de comunicación o entendimiento hasta que alguna versión de lo propuesto se realiza finalmente. Normalmente, los arquitectos utilizan modelos en 3D, modelos en realidad virtual y versiones de fotografías retocadas para convencer a los clientes de lo atractivo de sus diseños. La RA iría un pasó más allá en esta dirección, permitiendo a los clientes interactivamente diseñar y visualizar "in situ" lo que se les está proponiendo. Así, por ejemplo un arquitecto de interiores diseña, remodela y visualiza una habitación utilizando modelos de muebles de una base de datos que son sobreimpresionados sobre imágenes de vídeo de la habitación. Para hacer más comprensible esta aplicación imaginemos el siguiente escenario para esta aplicación que consiste en un jefe de oficinas que trabaja con un diseñador de interiores sobre la disposición de una oficina. El jefe pretende cambiar el mobiliario de la oficina. Con un sistema de RA el jefe de oficina podría ver la habitación tal y como quedaría con diferente mobiliario y desde diferentes puntos de vista. Interactuando con varios proveedores sobre una red, seleccionarían el mobiliario consultando bases de datos utilizando un paradigma gráfico. El sistema provee descripciones y gráficos del mueble que están disponible desde los diferentes proveedores quienes a su vez, han hecho que sus modelos estén disponibles en sus bases de datos. Piezas o grupos de muebles que acuerdan ciertos requerimientos como color, proveedor o precio pueden ser solicitados El usuario escoge piezas de este "catálogo electrónico" y presentaciones en 3D de este mueble aparecen visibles a los ojos del usuario. El mueble es posicionado utilizando un puntero 3D. Un mueble puede ser suprimido, añadido y reorganizado hasta que los usuarios están satisfechos con el resultado; ellos ven estas piezas tal y como aparecen en la habitación actual. Si ellos varían su posición pueden ver la habitación amueblada desde diferentes puntos de vista. Este sistema también puede ser utilizado en otras áreas de diseño como automóviles, moda y arquitectura. Incluso puede ser útil en áreas donde los usuarios necesiten comunicarse y discutir un problema en un contexto de 3D, como por ejemplo en el campo de la electrónica y reparación mecánica o la medicina. Construcción exterior A veces se desperdicia mucho tiempo y dinero porque se malinterpretan unos planos, o se utilizan versiones obsoletas, o simplemente la información es transferida de forma imprecisa del plano a la construcción real.
En la figura siguiente vemos una comparación entre los paradigmas de interacción. 
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