Descripción de escenarios de uso

El principal criterio a la hora de elegir los escenarios a detallar es que exista complementariedad entre ellos con el objetivo de cubrir un espectro lo suficientemente amplio. Con este propósito en mente se han elegido cinco escenarios, considerando éste como un número adecuado desde el punto de vista de ser abordable en tamaño y a la vez suficientemente representativo en cuanto a los resultados obtenidos. Los escenarios elegidos han sido:

¾ Guiado en entornos de patrimonio histórico ¾ M-Learning: Laboratorios docentes

¾ Mantenimiento de sistemas mecánicos ¾ Inspección de una instalación

¾ Seguridad en obra

En los escenarios elegidos se presentan actividades de ocio frente a actividades profesionales, entornos abiertos (exteriores) frente a entornos cerrados (interiores), aplicaciones colaborativas frente a aplicaciones monousuario, entornos que requieren alta precisión y de detalle frente a otros en los que este requisito es más ligero, entornos en los que se requiere alto grado de movilidad del usuario frente a otros en los que el usuario se mueve en el entorno de su puesto de trabajo, etc. Además todos ellos representan escenarios realistas, actividades cotidianas, requieren movilidad de usuario y en todos ellos la aplicación de la realidad aumentada representa un importante valor añadido en el soporte de la actividad a llevar a cabo.

La definición de cada escenario se presenta como la descripción de una aplicación de realidad aumentada móvil en un entorno específico. Los escenarios presentan situaciones realistas con objeto de identificar la aplicación de estas tecnologías en actividades cotidianas. La definición de los escenarios se enfoca a la identificación de los subsistemas con lo que dicha definición incluye aspectos de uso y tecnológicos. La descripción de los cinco escenarios que se presentan a continuación ha sido realizada por técnicos especialistas en la aplicación de las tecnologías de información en general y realidad aumentada en particular, a los diferentes entornos de aplicación y ha sido revisada por al menos dos usuarios del sector a través de las descripciones y los comentarios pertinentes. Tres de los escenarios aquí presentados están descritos en los siguientes artículos publicados [127][128][129].

4.2.1 Guiado en entornos de Patrimonio Histórico

Un escenario de aplicación de la realidad aumentada en entornos de patrimonio histórico se presenta como un sistema de guiado en un edificio de interés histórico, sistema distribuido y multiusuario que funciona de la siguiente manera: A los visitantes que llegan al entorno de patrimonio histórico se les proporciona una “Guía Móvil”. Este dispositivo consta de unidad de procesamiento móvil (tipo PDA), equipada con una cámara, un auricular, micrófono y conexión inalámbrica, además el dispositivo incluye un elemento de visualización ligero tipo HMD. En el otro extremo el sistema se soporta sobre un servidor de información al cual se conecta el dispositivo móvil a través de la conexión inalámbrica, el sistema debe permitir concurrencia de varios usuarios. El sistema consta de un número suficiente de puntos de acceso para proporcionar a los usuarios conectividad al servidor así como la utilización de la misma infraestructura para realizar un posicionamiento más o menos preciso dentro del entorno de funcionamiento.

El sistema solicita al usuario visitante, a través de un pequeño cuestionario, información sobre sus intereses y conocimientos previos sobre el entorno a visitar. Con la información recogida el sistema propone una o varias visitas predefinidas. El usuario elige la que quiera entre las opciones presentadas. El dispositivo descarga del servidor parte de la información necesaria y guía a partir de ese momento al usuario en su visita por el entorno proporcionándole información sonora y visual contextualizada a su posición, preferencias y conocimientos previos. La disposición de la información contextualizada a la posición del usuario requiere de la utilización de dispositivos y tecnologías de posicionamiento que proporcionen dicha información con suficiente

precisión. En este escenario, controlado y cerrado, esta información se consigue mediante un posicionamiento híbrido basado en tecnología inalámbrica y reconocimiento de imágenes.

El guiado del usuario por el entorno se realiza de la siguiente manera: Cuando el dispositivo detecta que el usuario se encuentra en las proximidades de uno de los elementos de interés de la visita seleccionada, se le presenta la información correspondiente a dicho elemento. El tipo de información asociado a cada elemento de interés se presenta mediante diferentes fuentes de información multimedia (modelos 3D, imágenes, texto, vídeo, audio, etc.). La detección de proximidad del usuario a los elementos de interés se realiza mediante tecnología inalámbrica, el posicionamiento más preciso dentro del área de proximidad se realiza mediante tecnologías de reconocimiento de imágenes.

Para las visitas en grupo, con propósito de estimular la interacción entre los miembros del grupo, el sistema permite que los componentes del grupo se comuniquen verbalmente entre sí durante la visita utilizando sus dispositivos.

La definición de las visitas predefinidas se lleva a cabo por parte de los responsables de contenidos de las exhibiciones del entorno histórico. Estos usuarios son los encargados de gestionar los contenidos, añadir, borrar, editar, etc.

4.2.2 M-Learning: Laboratorios Docentes

Las actuales características de m-learning (mobile-learning) abren nuevas formas de realizar la enseñanza y aprendizaje. Los estudiantes m-learning tienen a su disposición nuevas posibilidades entre las que destacan las siguientes: acceder bajo demanda a información multimedia remota; generar, procesar y almacenar información en formato digital; comunicarse con otros estudiantes o profesores. Así, con estas premisas, disciplinas como laboratorios de materias técnicas pueden ser abordadas desde planteamientos nuevos y diferentes a los clásicos.

El escenario que se plantea es un entorno de aprendizaje de Laboratorios Docentes que utiliza la realidad aumentada y que está orientado para estudiantes con movilidad. Los laboratorios docentes pueden incluir materias técnicas impartidas en escuelas y facultades relacionadas con la tecnología en general. En los laboratorios de materias técnicas, como por ejemplo laboratorios de telemática o de automática la incorporación de la realidad aumentada aporta una mejor comprensión de los conceptos físicos y lógicos del funcionamiento de equipos telemáticos y de automatización.

La implementación del sistema de realidad aumentada requiere habilitar las aulas- laboratorios con conectividad a una plataforma m-learning tipo Moodle o similar. Los estudiantes utilizan sus propios dispositivos móviles, PDAs y/o smartphones para acceder y realizar los laboratorios docentes integrados en la plataforma m-learning. Los dispositivos móviles de los estudiantes incorporan cámara, micrófono, altavoces y una interfaz de usuario de fácil manejo de los menús como una pantalla táctil, reconocimiento de voz o basado en el movimiento del dispositivo. El alumno puede navegar por el menú del entorno de aprendizaje para seleccionar el material de estudio o bien mediante reconocimiento de imágenes que la cámara realice se le presenta al alumno el material de aprendizaje apropiado (según el aprendizaje realizado con anterioridad). La información aumentada ofrecida al usuario se presenta en diferentes formatos incluyendo entre otros, imágenes 2D y 3D, vídeo, audio, texto, pdf, etc.

Se debe contemplar la extensión del entorno de aprendizaje móvil a los espacios comunes de las facultades donde los estudiantes se reúnen. En estos espacios los alumnos comparten e intercambian sus trabajos y disponen de equipamiento para cargar las baterías de sus dispositivos móviles.

4.2.3 Mantenimiento de Sistemas Mecánicos

A la hora de realizar tareas de mantenimiento sobre sistemas mecánicos, es muy importante el entrenamiento previo del operario para una mejor realización de dicha tarea. Este entrenamiento se puede realizar desde un punto de vista básico, usando y estudiando los manuales, planos, etc., hasta el uso de sistemas complejos y sofisticados como simuladores virtuales de aprendizaje.

Sin embargo, una vez formado el operario llega el momento de enfrentarse a la tarea real de mantenimiento frente al sistema real. En estos casos, siempre cabe la posibilidad de olvido de detalles (pasos de ensamblaje/desensamblaje, pares de apriete, etc.) que hacen necesario en muchos casos que el operario lleve el manual encima para consulta o incluso que pare la tarea y vaya a consultar ese manual ubicado en otro sitio.

El escenario que se plantea hace uso de la tecnología de realidad aumentada para soporte al operario en las tareas de mantenimiento sobre sistemas reales. En este caso y a diferencia de los sistemas virtuales de aprendizaje, el sistema guía al operario paso a paso indicándole qué tareas tiene que hacer, en qué orden, ofreciéndole los datos necesarios para llevarlas a cabo, etc. Las ventajas que conlleva este sistema son las siguientes:

¾ Ahorro de tiempo (y por consiguiente costes) al guiar al operario sin interrupciones.

¾ Gracias a este guiado automático, también se evitan posibles errores por parte del operario que puedan dañar el mecanismo.

¾ Al evitar errores también se contribuye a la seguridad en el trabajo.

Para la implementación del sistema de realidad aumentada, se usan dispositivos móviles y que sean cómodos de transportar y operar con ellos, con el fin de que no entorpezcan al usuario. El operario lleva una PDA o dispositivo similar donde se realizan tareas de computación y comunicación con un servidor de datos. El dispositivo móvil lleva incorporada una cámara para la captura de las imágenes.

El flujo de ejecución de la aplicación es el siguiente: En una etapa de inicialización, el modelo virtual incluido en el sistema móvil (PDA+cámara) debe calibrarse con el entorno real. Este paso supone la identificación del sistema mecánico real y la calibración del modelo virtual con el sistema real (las opciones de calibración pueden ser múltiples, desde totalmente manuales hasta completamente automáticas). Una vez calibrado el sistema, el operario elige la operación a realizar sobre el mecanismo. A partir de ahí, el sistema ya está inicializado y puede guiar al operario paso a paso. Cada imagen captada por la cámara se debe procesar por la PDA, por un servidor o por ambos. En los dos últimos casos se necesita una infraestructura de comunicaciones y un protocolo asociado para el trasvase de información entre el dispositivo móvil y el servidor. Una vez procesada cada imagen, se puede aumentar con la información gráfica necesaria en cada momento y enviar de vuelta al dispositivo móvil (si se está usando un servidor). Algunos ejemplos de la información a mostrar pueden ser:

¾ Realizar una simulación gráfica, utilizando el modelo 3D del sistema, de los pasos para la extracción de un elemento.

¾ Mostrar datos textuales o numéricos como pares de apriete en un montaje o ángulos de accesibilidad en un desmontaje.

4.2.4 Inspección de una Instalación

En este escenario se describen las principales funcionalidades de un equipo basado en realidad aumentada móvil, para la ayuda a la inspección de una instalación, pudiendo ésta formar parte de una aplicación más general.

El operario se prepara para inspeccionar un conjunto de máquinas instaladas en una zona. Coge en su mano el terminal de información visual (dispositivo móvil equipado con cámara) y enfoca hacia la zona y el conjunto a inspeccionar.

El terminal presenta en su monitor el esquema bidimensional de la instalación, identificando en ella cada uno de los elementos principales. El operario selecciona mediante interacción táctil o gestual un elemento y el equipo pasa a modo activo.

En este modo se calcula la posición y la orientación en la que se encuentra el operario y el sistema visualiza un esquema tridimensional del conjunto registrado con la imagen que capta una cámara. Se produce un ajuste de la imagen visualizada y la imagen generada a partir de ese punto de vista para que la representación concerniente al equipo coincida con la imagen aportada por la cámara. A medida que el operario se mueve por la instalación y va tomando imágenes desde distintos puntos de vista el equipo verifica la concordancia entre la imagen visualizada y la almacenada y el operario procede a la inspección siguiendo las pautas que aparecen en el monitor del terminal. Si se detectan pequeñas discrepancias entre el entorno real y el modelo virtual se ajusta los parámetros de posicionado. Si la discordancia es grande se envía un mensaje de error al operario indicando dicha circunstancia, en este caso se analiza la escena en la que se produce el error y determina si:

¾ El error es debido a que no coincide la información guardada con la visualizada lo que evidencia un error de selección o un mal funcionamiento del equipo. ¾ El error es debido a que aparecen zonas con discordancias lo que evidencia una

modificación en las condiciones físicas de la instalación o una representación tridimensional no concordante con la realidad.

Ante estas situaciones puede comunicarse con un servidor al que envía la información de la zona seleccionada, de la ubicación y de la imagen captada para que el servidor analice la situación y le indique como proceder.

4.2.5 Seguridad en Obra

El inspector de seguridad en obra es la persona encargada de verificar que todos los requisitos de prevención y seguridad se llevan a cabo correctamente en el lugar de trabajo. Éste es un trabajo de gran responsabilidad, pero el inspector cuenta solamente con su experiencia, conocimiento y la visita por el lugar de la obra para realizar su trabajo. En la actualidad, el usuario recoge toda la información a mano escrita sobre un papel mediante la inspección y directamente solicitándola a los trabajadores. Su trabajo requiere de libertad de movimiento así como la capacidad de reacción en un lugar de trabajo incontrolado, por esta razón dispositivos pesados o elementos, que pueden distraer su atención del entorno, no son apropiados para este trabajo.

El escenario propuesto consiste en la inspección de las condiciones de seguridad en una obra. El inspector entra en la obra llevando consigo una PDA, en ese momento desde el servidor colocado en la obra se trasmite la información relativa a la fase de desarrollo en la que se encuentra la obra (los requisitos de seguridad pueden variar según el estado). El usuario va equipado con una PDA, un micrófono para registrar resultados y unos auriculares para escuchar los resultados de inspecciones anteriores, un sistema de posicionamiento permite seguir la posición del usuario, una cámara para el posicionamiento de precisión y la detección de elementos de seguridad mediante el procesamiento de imágenes, un HMD para proporcionar al inspector la información visual. El usuario comienza la inspección comprobando la identidad y las capacidades de los trabajadores. El sistema proporciona la información de identificación sobre el trabajador (incluyendo una fotografía para la identificación visual) así como las habilidades que posee y el trabajo para el que está capacitado según dichas habilidades. Cualquier información adicional sobre los trabajadores podría ser solicitada por el usuario al servidor. Por otra parte, cada trabajador también debe estar equipado con el correspondiente equipo de seguridad. Algunos elementos de este equipo dependen también de las tareas para las que está capacitado el trabajador. El sistema mostrará al inspector el equipo requerido para cada trabajador y aquel lo comprobará visualmente, interactuando con el sistema a través de gestos con la mano o mediante comandos de voz.

La segunda fase de la inspección se corresponde con la identificación de elementos de seguridad en el lugar de trabajo. En esta fase, mientras el inspector camina por la obra; el sistema automáticamente detectará elementos de seguridad en el entorno y pedirá al usuario comprobar que estos están localizados en el lugar correcto. El usuairo será capaz de confirmar la posición o pedirá ayuda al sistema. En este caso, el sistema le mostrará por el HMD un mapa con la posición correcta del elemento. Los elementos no detectados automáticamente por el sistema deberán ser inspeccionados visualmente por el usuario. Al final, los resultados y los informes de la inspección serán registrados en formato electrónico (documentos y comentarios de voz) y transferidos al servidor.