La realidad aumentada en el desarrollo de los sistemas de televisión digital

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(1)Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas Facultad de Ingeniería Eléctrica Departamento de Electrónica y Telecomunicaciones. TRABAJO DE DIPLOMA La Realidad Aumentada en el desarrollo de los sistemas de televisión digital Autor: Yankiel Romero Guerra. Tutor: MSc. Rafael Alejandro Olivera Solís. Santa Clara 2016 "Año 58 de la Revolución".

(2) Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas Facultad de Ingeniería Eléctrica Departamento de Electrónica y Telecomunicaciones. TRABAJO DE DIPLOMA La Realidad Aumentada en el desarrollo de los sistemas de televisión digital. Autor: Yankiel Romero Guerra e-mail: [email protected]. Tutor: MSc. Rafael Alejandro Olivera Solís e-mail: [email protected] Profesor Asistente Departamento de Electrónica y Telecomunicaciones Facultad de Ingeniería Eléctrica Santa Clara 2016 "Año 58 de la Revolución".

(3) Hago constar que el presente trabajo de diploma fue realizado en la Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas como parte de la culminación de estudios de la especialidad de Ingeniería en Telecomunicaciones y Electrónica, autorizando a que el mismo sea utilizado por la Institución, para los fines que estime conveniente, tanto de forma parcial como total y que además no podrá ser presentado en eventos, ni publicados sin autorización de la Universidad.. Firma del Autor Los abajo firmantes certificamos que el presente trabajo ha sido realizado según acuerdo de la dirección de nuestro centro y el mismo cumple con los requisitos que debe tener un trabajo de esta envergadura referido a la temática señalada.. Firma del Tutor. Firma del Jefe de Departamento donde se defiende el trabajo. Firma del Responsable de Información Científico-Técnica.

(4) i. PENSAMIENTO. «Los intelectuales resuelven problemas, los genios los previenen». Albert Einstein..

(5) ii. DEDICATORIA. “A la memoria de mi abuela Iris”.

(6) iii. AGRADECIMIENTOS. A mi mamá, a mi papá y a mi abuelo Viví que han sido mi apoyo incondicional a lo largo de estos cinco años. En especial a mi abuela Iris que a pesar de no encontrarse conmigo en estos momentos dedicó parte de su vida a enseñarme a ser quien soy, una persona de bien como lo fue ella. A mi tía Yaque, a mi tía Cloti, a Arleycito, a mi tío Rodolfo, a mi tío Pedri, a mi tío Arley y a mi tío Omarito, por su apoyo constante en los momentos difíciles que he tenido que afrontar en estos cinco años. A mi amigo Fico y su familia por brindarme su apoyo en todo momento. A mis compañeros por su amistad y los buenos momentos que pasamos juntos. A mi tutor Rafael Alejandro Olivera Solís, por su constante dedicación y preocupación por la realización de cada tarea, por constituir un apoyo fundamental en el enfrentamiento de este gran reto. A todos los familiares que me ayudaron y me apoyaron en mi formación como profesional. A todos, muchas gracias....

(7) iv. TAREA TÉCNICA. 1. Revisión bibliográfica del tema. 2. Estudio del funcionamiento de un sistema de realidad aumentada. 3. Estudio de las aplicaciones de la realidad aumentada en la actualidad. 4. Estudio de los elementos que componen los sistemas de realidad aumentada. 5. Investigación sobre la aplicación de la realidad aumentada en los sistemas de Televisión digital inteligente. 6. Confección del informe.. Firma del Autor. Firma del Tutor.

(8) v. RESUMEN. La tecnología de realidad aumentada integra gráficos 2D y 3D en situaciones del mundo real con el fin de mejorar las experiencias del usuario y enriquecer la información que este adquiere. Debido a la posibilidad de brindar contenido virtual adicional y mezclarlo con la realidad física, la realidad aumentada en la actualidad se aplica en diferentes campos como la medicina, la educación, el turismo, las redes sociales y el deporte. Dependiendo de las tendencias de la tecnología de realidad aumentada, la radiodifusión de televisión puede ser posicionada como una plataforma de servicios más avanzados e inteligentes mediante la aplicación de esta nueva tecnología. La realidad aumentada en la televisión se centra en la superposición de componentes visuales en los contenidos transmitidos en tiempo real y en la manipulación de los componentes opcionalmente. En este trabajo se caracteriza la realidad aumentada y sus aplicaciones en la actualidad. Se definen los elementos fundamentales que componen un sistema de realidad aumentada y sus características tecnológicas. Se expone la realidad aumentada como parte de un sistema de televisión digital inteligente..

(9) vi TABLA DE CONTENIDOS PENSAMIENTO.......................................................................................................................... i DEDICATORIA.......................................................................................................................... ii AGRADECIMIENTOS ............................................................................................................. iii TAREA TÉCNICA .................................................................................................................... iv RESUMEN .................................................................................................................................. v INTRODUCCIÓN ...................................................................................................................... 1 Capítulo1.FUNDAMENTOS DE LA REALIDAD AUMENTADA...................................... 4 1.1. Breve reseña sobre la realidad aumentada.................................................................. 4. 1.2. Características de la realidad aumentada.................................................................... 5. 1.2.1. Elementos fundamentales de un sistema de realidad aumentada ...................... 6. 1.3. Funcionamiento de un sistema de Realidad Aumentada ........................................... 7. 1.4. Tipos de Realidad Aumentada .................................................................................. 10. 1.4.1. Realidad Aumentada basada en marcadores o imágenes................................. 10. 1.4.2. Realidad Aumentada geolocalizada .................................................................. 11. 1.4.3. Realidad Aumentada mediante reconocimiento de objetos ............................. 13. 1.5. Desarrollo actual de la Realidad Aumentada ........................................................... 13. 1.6. Dificultades actuales en la tecnología de Realidad Aumentada.............................. 15. 1.7. Aplicaciones de la Realidad Aumentada .................................................................. 17. 1.7.1. Realidad Aumentada en la educación ............................................................... 17. 1.7.2. Realidad Aumentada en las redes sociales ....................................................... 20. 1.7.3. Realidad Aumentada en procesos de mantenimiento ...................................... 21. 1.7.4. Realidad Aumentada en la Medicina ................................................................ 22. 1.7.5. Realidad Aumentada en la televisión digital .................................................... 23.

(10) vii 1.7.6. Realidad Aumentada en las transmisiones deportivas ..................................... 25. Capítulo 2.ELEMENTOS DE UN SISTEMA DE REALIDAD AUMENTADA ............... 26 2.1. Reseña sobre las cámaras de videos digitales .......................................................... 26. 2.2. Características de las cámaras de video digitales..................................................... 26. 2.2.1. Componentes de la óptica de una cámara de video digital .............................. 29. 2.2.2. Funcionamiento del sistema electrónico de una cámara de video digital ....... 30. 2.3. Funcionamiento de una cámara de video digital...................................................... 32. 2.4. Formatos de grabación de las cámaras de vídeo digitales ....................................... 33. 2.4.1. Formato Digital8 ................................................................................................ 33. 2.4.2. Formato de grabación vídeo miniDV................................................................ 34. 2.4.3. Grabación en formato MICROMV ................................................................... 34. 2.4.4. Formato de grabación DVD............................................................................... 34. 2.4.5. Formato de grabación de alta definición HDV................................................. 35. 2.5. Software de Realidad Aumentada............................................................................. 35. 2.6. Activadores de Realidad Aumentada........................................................................ 38. 2.6.1. Códigos Bidi ....................................................................................................... 38. 2.6.2. Códigos QR ........................................................................................................ 38. 2.6.3. Códigos RFID ..................................................................................................... 40. 2.6.4. El GPS ................................................................................................................. 43. 2.6.5. La Brújula ........................................................................................................... 47. 2.6.6. El acelerómetro................................................................................................... 49. Capítulo 3.CARACTERISTICAS DE UN SISTEMA DE TELEVISIÓN DIGITAL CON REALIDAD AUMENTADA ................................................................................................... 50 3.1. Modelo conceptual de realidad aumentada para un sistema de televisión digital. 50. 3.2. Arquitectura de un sistema AR-STV ........................................................................ 52.

(11) viii 3.2.1. La Herramienta de autoría ................................................................................. 52. 3.2.2. Multiplexor de transporte................................................................................... 54. 3.2.3. Servidor de contenido aumentado ..................................................................... 55. 3.3. Relación entre el proveedor de difusión y el proveedor de contenido ................... 56. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ...................................................................... 59 Conclusiones ......................................................................................................................... 59 Recomendaciones.................................................................................................................. 59 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS..................................................................................... 60 ANEXOS ................................................................................................................................... 63 Anexo I. Realidad Aumentada en transmisiones deportivas ........................................... 63.

(12) INTRODUCCIÓN. 1. INTRODUCCIÓN. En la actualidad, gran parte de las iniciativas de realidad aumentada, se han centrado en el ámbito del consumo y el marketing, pero es previsible que se extiendan a otras áreas a medida que la tecnología madure y se simplifique todavía más. Sectores como los del turismo, la educación y la salud también comienzan a tener un grupo considerable de aplicaciones, a los que hay que añadir, los que tradicionalmente utilizan estas tecnologías, como son el militar, la manufactura y mantenimiento automovilístico y aeronáutico. Actualmente la mayoría de aplicaciones de realidad aumentada para proyectos educativos se usan en museos, exhibiciones y parques de atracciones. En Cuba la televisión digital terrestre es un campo abierto para la investigación de nuevas tecnologías que permitan el incremento y la diversidad de los servicios que se le brindan al usuario final. La realidad aumentada compone uno de los nuevos servicios y posibilidades que se brindan en el mercado de las producciones de materiales audiovisuales. En Cuba esta arista en los servicios correspondientes a la TDT, aun no se ha explotado suficientemente. Este tipo de tecnología sería de gran impacto, no solo en la TDT, sino en muchas otras aristas de la sociedad en general. La realidad aumentada es una tecnología que ayuda a enriquecer la percepción de la realidad con una nueva lente gracias a la cual la información del mundo real se complementa con la del digital. Hace ya algunas décadas que existe la capacidad de entregar experiencias de realidad aumentada, no fue hasta hace poco que estas experiencias se han vuelto fáciles de usar y sobre todo portátiles. Se ha vuelto común en la teledifusión de deportes, mediante las transmisiones de fútbol americano, fútbol soccer, el hockey y la natación. En Cuba, en la década pasada comenzó la transición hacia la Televisión Digital Terrestre, por lo cual se hace necesario el continuo perfeccionamiento e incremento de los.

(13) INTRODUCCIÓN. 2. servicios que se brindan, aplicando nuevas tecnologías, como es el caso de la realidad aumentada. En la teledifusión de deportes, debido a la posibilidad de brindar datos adicionales a los usuarios, permitiendo un análisis superior de cada acción en el evento que se transmite. En Cuba se utiliza la televisión digital. Encontrar nuevas aplicaciones que permitan el incremento de los servicios que se le brindan a los usuarios es una meta que no deja de ser necesaria e importante. Por lo que se impone buscar vías para la diversificación de la misma a partir de nuevas tecnologías, con cierto grado de factibilidad superior a las anteriores, como es el caso del uso de la realidad aumentada. Surge entonces el siguiente problema científico: ¿Qué servicios permiten, un salto de calidad y desarrollo superior, en la televisión digital?. El objetivo general consiste en: Mostrar a la realidad aumentada como un servicio inherente a la televisión digital. Los objetivos específicos son: •. Caracterizar la realidad aumentada y sus aplicaciones en la actualidad.. •. Definir los elementos básicos que conforman un sistema de realidad aumentada. •. Exponer el esquema de realidad aumentada para un sistema de televisión digital.. Las interrogantes científicas son: •. ¿Cuáles son las características de la realidad aumentada?. •. ¿Cuáles son los elementos que conforman un sistema de realidad aumentada?. •. ¿Cómo está compuesto un sistema de televisión digital con realidad aumentada?. El trabajo se conforma de Introducción, capitulario, conclusiones y recomendaciones, la bibliografía utilizada y los anexos. En la introducción se hace una breve reseña acerca de la importancia de la realidad aumentada y su uso en la actualidad con énfasis en los sectores de la sociedad donde su utilidad es innegable. En el capítulo 1 se caracteriza la realidad aumentada y sus aplicaciones desde su surgimiento con marcado énfasis en los tipos de realidad aumentada, sus elementos y aplicaciones en la sociedad. En el capítulo 2 se definen los elementos que componen un sistema de realidad aumentada ponderando las características tecnológicas de cada uno de ellos. En el capítulo 3 se expone un sistema de.

(14) INTRODUCCIÓN. 3. realidad aumentada para la televisión digital inteligente, profundizando en los elementos actuales que componen todo el sistema. Las conclusiones se encuentran acordes a los objetivos planteados y las recomendaciones en función de trabajos futuros. La bibliografía utilizada es de marcada actualidad lo que evidencia la vigencia y novedad del tema. Al final aparecen los anexos..

(15) CAPÍTULO 1. FUNDAMENTOS DE LA REALIDAD AUMENTADA. 4. Capítulo1.FUNDAMENTOS DE LA REALIDAD AUMENTADA En este capítulo se abordará sobre la realidad aumentada, haciendo énfasis en sus características, su funcionamiento y su desarrollo en la actualidad. Se mencionarán algunas dificultades q presenta esta tecnología y se ejemplificarán varias de sus aplicaciones en el mundo actual. 1.1. Breve reseña sobre la realidad aumentada. Según Barfield y Caudell, la realidad aumentada es el término que se usa para definir una visión directa o indirecta de un entorno físico del mundo real, que se combinan con elementos virtuales para la creación de una realidad aumentada en tiempo real. Consiste en un conjunto de dispositivos que añaden información virtual a la información física ya existente; ésta es la principal diferencia con la realidad virtual, puesto que no sustituye la realidad física, sino que sobreimprime los datos informáticos al mundo real (Aristizabal, 2013). Si se expande el concepto de realidad aumentada a los diferentes medios por los que los humanos perciben el mundo, es decir, aumentar la realidad no solo para la vista, sino también para el tacto, oído, olfato e incluso el gusto; se puede ver que el ser humano ha buscado complementar la realidad con ciertos elementos que le pueden ayudar, tanto a realizar sus tareas básicas como a explicarse lo que pasa a su alrededor. Tal podría ser el caso de los seres y personajes mitológicos de las culturas antiguas, que aunque no formaban parte del mundo en que las personas de la época vivían, si formaban parte de su realidad, algunos incluso eran objeto de culto y se les atribuía la posibilidad de afectar sucesos tan importantes como el cambio entre día y noche. En un contexto más actual y enfocado en los desarrollos tecnológicos, se pueden citar los siguientes avances en el desarrollo de las técnicas de aumentado de la realidad (Herrera et al., 2012). 1. El cineasta Morton Heilig (1962), crea un simulador de motocicleta (sensorama) con sonido, vibración, efectos visuales y olores..

(16) CAPÍTULO 1. FUNDAMENTOS DE LA REALIDAD AUMENTADA. 5. 2. En 1966 Ivan Sutherland inventa el Monitor Montado en la Cabeza (Head Mounted Display, HMD), con el cual podía visualizar objetos virtuales y el mundo real al mismo tiempo. 3. En 1975 Myron Krueger presenta Videoplace, máquina que permitía por primera vez a los usuarios interactuar con objetos virtuales. 4. El término “Realidad virtual” nace en1989, cuando Jaron Lanier crea el primer negocio comercial en mundos virtuales. 5. En 1990, mientras trabajaba para Boeing en un sistema que mostraba diagramas de cableado en un monitor montado en la cabeza, Tom Caudell crea el término realidad aumentada. 1.2. Características de la realidad aumentada. La integración de objetos del mundo real y virtual, a veces agregados, combinados o fusionados, es el área de la creación y manejo de mundos integrados o realidad mezclada. Esta área de investigación se basa en una estrategia de visualización e interactividad que hace uso de muchas tecnologías y de diferentes áreas de visualización científica; dando lugar a un espectro de modalidades que se mueven alrededor de dos extremos: si el entorno del espacio (el ambiente circundante) es dominantemente virtual y se le agregan objetos virtuales y reales, se habla de realidad virtual; mientras que si el entorno dominante es real y se le agregan objetos virtuales, se habla de realidad aumentad (Lara and Villarreal, 2004). A continuación se mencionan algunas de las características fundamentales de la realidad aumentada: 1. Combina lo real y lo virtual: la información digital es combinada con la realidad. 2. Funciona en tiempo real: la combinación de lo real y lo virtual se hace en tiempo real. 3. Registra en tres dimensiones: en general la información aumentada se localiza o registra en el espacio. Para conservar la ilusión de ubicación real y virtual, ésta última tiende a conservar su ubicación o a moverse respecto a un punto de referencia en el mundo real (Lara and Villarreal, 2004)..

(17) CAPÍTULO 1. FUNDAMENTOS DE LA REALIDAD AUMENTADA. 6. 1.2.1 Elementos fundamentales de un sistema de realidad aumentada Para que un sistema de realidad aumentada funcione adecuadamente, requiere varios elementos fundamentales (figura 1.1): •. Un elemento que capture las imágenes de la realidad que están viendo los usuarios. Basta para ello una sencilla cámara de las que están presentes en los ordenadores o en los teléfonos móviles.. •. Un elemento sobre el que proyectar la mezcla de las imágenes reales con las imágenes sintetizadas. Para ello se puede utilizar la pantalla de un ordenador, de un teléfono móvil o de una consola de videojuegos.. •. El elemento de procesamiento, o varios de ellos que trabajan conjuntamente. Su cometido es el de interpretar la información del mundo real que recibe el usuario, generar la información virtual que cada servicio concreto necesite y mezclarla de forma adecuada. Nuevamente se encuentran en los PCs, móviles o consolas estos elementos.. •. El “activador” de realidad aumentada. En un mundo ideal el activador sería la imagen que están visualizando los usuarios, ya que a partir de ella el sistema debería reaccionar. Pero, dada la complejidad técnica que este proceso requiere, en la actualidad se utilizan otros elementos que los sustituyen. Se trata entonces de elementos de localización como los GPS (Global Position System) que en la actualidad van integrados en gran parte de los smartphone, así como las brújulas y acelerómetros que permiten identificar la posición y orientación de dichos dispositivos, así como las etiquetas o marcadores del tipo RFID (Radio Frequency Identification) o códigos bidimensionales, o en general cualquier otro elemento que sea capaz de suministrar una información equivalente a la que proporcionaría lo que ve el usuario, como por ejemplo sensores. En un caso ideal, algunos de estos elementos podrían llegar a eliminarse. Esto ocurriría si se consigue, por ejemplo, proyectar la información sintetizada de forma que el ojo sea capaz de verla, bien sobre unas gafas, directamente sobre la retina, o con alguna técnica holográfica avanzada. Pero, por el momento, esto se considera todavía futurista (Telefónica, 2011)..

(18) CAPÍTULO 1. FUNDAMENTOS DE LA REALIDAD AUMENTADA. 7. Figura 1.1. Elementos fundamentales de un sistema de realidad aumentada (Telefónica, 2011).. 1.3. Funcionamiento de un sistema de Realidad Aumentada. Una descripción de alto nivel del funcionamiento de la realidad aumentada es mostrada en la figura 1.2, esta tecnología actúa como un lente a través de la cual se observa el mundo físico (básicamente gente, lugares y cosas). La capacidad del sistema de realidad aumentada es la de superponer sobre el entorno físico información digital relevante con el contexto en el que se encuentra la persona que está mirando. Esta información generalmente se encuentra en la nube, es decir, en la red (Telefónica, 2011)..

(19) CAPÍTULO 1. FUNDAMENTOS DE LA REALIDAD AUMENTADA. 8. Figura 1.2.Esquema del funcionamiento de un sistema de realidad aumentada (Telefónica, 2011).. La realidad aumentada aprovecha los métodos derivados de la visualización para construir aplicaciones y contenidos con las cualidades que estas áreas han perfeccionado en las últimas décadas. Del procesamiento de imágenes toma la cualidad de resaltar aspectos en las imágenes captadas por la cámara de video, estos rasgos son analizados por procesos de visión para extraer propiedades geométricas del entorno y los objetos (posición tridimensional, patrones fiduciarios para el reconocimiento y ubicación de objetos susceptibles a sustitución, etc.). De los gráficos por computadora toma la síntesis de objetos tridimensionales y sus transformaciones, mientras que gracias a la teoría de interfaces gráficas ha sido posible la construcción de nuevas metáforas dentro de estos mundos mixtos. Un sistema de realidad aumentada general inicia con el registro de las señales del mundo real (video y audio, aunque se continúan evaluando subsistemas para la síntesis de señales para los otros sentidos). Estas señales son procesadas por un sistema de realce de orillas de objetos para preparar la imagen para la segmentación o extracción de objetos y el reconocimiento de patrones y marcas fiduciarias. Este proceso permite determinar en dónde hay que remplazar un objeto real por uno virtual, cuál objeto virtual debe colocarse sobre el espacio real (el espacio de video) y en qué posición y perspectiva (Fombona Cadavieco et al., 2012)..

(20) CAPÍTULO 1. FUNDAMENTOS DE LA REALIDAD AUMENTADA. 9. Para agilizar el proceso y permitir la interactividad, la cual requiere de gráficos en tiempo real, es conveniente que la correspondencia entre patrones, marcas fiduciarias, rasgos geométricos del entorno, y la posición tridimensional y la perspectiva de dibujado del los objetos virtuales, sea preparada con anticipación. Esto es: que se cree una base de datos y se entrene al sistema para evitar muchos cálculos en tiempo de ejecución (Fombona Cadavieco et al., 2012). Algunos de estos cálculos pueden ser preparados y dicha inteligencia artificial ser parte del sistema. Sin embargo, la síntesis de imágenes en su posición y perspectiva correctas, que permita lograr una correspondencia geométrica entre los mundos virtual y real (que el nuevo espacio se coherente para usuario), debe realizarse en tiempo real y de forma interactiva. Esta alineación de ambos mundos se logra extrayendo información tridimensional de las imágenes de video (en dos dimensiones) a partir de marcas fiduciarias en el mundo real y de rasgos de perspectiva que pueden ser extraídos del entorno real (los contornos de muros, geometrías simples y conocidas o medidas previo a la generación del contenido, entre otras técnicas). Esta característica restringe las aplicaciones de realidad aumentada en mundos virtuales específicos a mundos reales; de otra forma, la demanda de cálculo exige computadoras poderosas, de tal suerte que estos casos deben esperar algunos años. Cuando se conocen las propiedades del dibujado (se establecen la serie de transformaciones que han de aplicarse al objeto virtual; así como los parámetros de la cámara virtual y la iluminación), se crean o sintetizan y se pasan al proceso de composición de la señal de video de salida; la cual fusiona siguiendo reglas (de oclusión, por ejemplo) la señal de video original con la señal de la escena virtual. Esta nueva señal, mezcla de ambos mundos, es transferida a los monitores o proyectores. Por último, esta señal que contiene una reconstrucción visual (sonora y cualquier otra señal registrada o sintetizada) de la escena objetivo de la aplicación, es dirigida al sistema visual humano (Nájera Gutiérrez, 2009). Si el sistema genera una perspectiva única para ambos ojos, el usuario verá una imagen bidimensional (mono); mientras que para ver en tercera dimensión (estereografía) es necesario generar un par de imágenes, cada una con la perspectiva correspondiente a cada ojo y solo dejar ver a cada ojo su imagen.

(21) CAPÍTULO 1. FUNDAMENTOS DE LA REALIDAD AUMENTADA. 10. correspondiente. Lo que ve el usuario es una interpretación producto de un proceso neuropsicológico (Nájera Gutiérrez, 2009). 1.4. Tipos de Realidad Aumentada. En la actualidad existen 3 tipos de realidad aumentada, la basada en marcadores o imágenes, que utiliza marcadores con códigos Bidi o QR (Quick Response). La geolocalizada que se basa en un hardware de smartphones y tablets, que funcionan a través de GPS, brújulas y acelerómetros. Por último la que se lleva acabo mediante el reconocimiento de objetos, que es capaz de ampliar la información del objeto que es reconocido por el dispositivo empleado para capturar la imagen. 1.4.1 Realidad Aumentada basada en marcadores o imágenes La realidad aumentada basada en marcadores o imágenes se puede utilizar con dispositivos fijos o móviles que deberán tener una cámara digital con la que capturar el marcador o imagen que activará el proceso de realidad aumentada, además de una pantalla sobre la que mostrar la combinación de datos físicos y digitales. El software que se encargará de procesar la realidad aumentada estará instalado en el ordenador o dispositivo móvil. Generalmente se trata de una aplicación descargada de Internet y los marcadores a utilizar suelen ser imágenes impresas en un formato físico y se denominan markers. Están compuestos de un marco con un símbolo en su interior .Para experimentar la realidad aumentada basada en marcadores el procedimiento general suele ser el siguiente: 1. Imprimir el marcador correspondiente en soporte papel (Activador de realidad aumentada). 2. Iniciar la aplicación que interpretará el marcador (software de procesamiento). 3. Enfocar con la cámara del PC o dispositivo móvil el marcador (dispositivo que captura las imágenes de la realidad física). 4. El software reconoce el marcador y superpone la información a él asociada sobre la pantalla del PC o dispositivo móvil (Ierache et al., 2014). El software en ejecución es capaz de realizar un seguimiento del marcador de tal manera que si el usuario lo mueve, el objeto 3D superpuesto también sigue ese movimiento. Si se.

(22) CAPÍTULO 1. FUNDAMENTOS DE LA REALIDAD AUMENTADA. 11. gira el marcador se puede observar el objeto 3D desde diferentes ángulos y si se acerca o se aleja, el tamaño del objeto aumenta o se reduce (Ierache et al., 2014). También se pueden emplear imágenes estáticas como marcadores, siendo el proceso muy similar. Se debe ejecutar la aplicación correspondiente y captar la imagen con la cámara. Una vez reconocida la imagen se producirá la acción que corresponda. Esta técnica está teniendo mucho éxito en el mundo editorial, para conseguir publicaciones dinámicas que aumentan la interactividad entre los editores y sus lectores. De este modo, los libros de texto o las revistas impresas contienen material audiovisual, enlazan con páginas web, permiten realizar cuestionarios online o incluso ser descargadas en formato digital desde dispositivos móviles. Para que estas imágenes contengan el material comentado anteriormente, deberán ser predefinidas en una aplicación de realidad aumentada y procesadas luego por ésta misma aplicación, si se utiliza otra aplicación distinta no devolverá ningún resultado (Moralejo et al., 2014). Otra forma de marcador son los códigos QR los cuales no son como los marcadores de realidad aumentada que únicamente pueden ser identificados por la aplicación para la que han sido diseñados. En los códigos QR la información o acción a realizar está codificada en el propio símbolo, pudiendo ser leída por cualquier lector de códigos QR. Las principales aplicaciones de realidad aumentada han incorporado a sus programas la capacidad para interpretar códigos QR. Sin ser lectores al uso pueden servir como decodificadores de éstos (Torres, 2011). 1.4.2 Realidad Aumentada geolocalizada La realidad aumentada geolocalizada se ha visto potenciada por el avance del ecosistema formado alrededor de los dispositivos móviles, lo que ha encumbrado esta tecnología basada en parámetros de posicionamiento (Nájera Gutiérrez, 2009). Las aplicaciones fundamentadas en esta tecnología para generar experiencias de realidad aumentada, utilizan el hardware de los smartphones y tablets (GPS, brújula y acelerómetro), para identificar la realidad que está visualizando el usuario a través de la cámara del dispositivo móvil y superponer la información digital de la que dispone para esa realidad. El procedimiento.

(23) CAPÍTULO 1. FUNDAMENTOS DE LA REALIDAD AUMENTADA. 12. para conseguir esta forma de realidad aumentada basada en la geolocalización y la intervención de sus elementos es el siguiente: 1. Activación de la aplicación de realidad aumentada a utilizar. Previamente habrá sido instalada en el dispositivo móvil (Software de Procesamiento). 2. Enfoque con la cámara del dispositivo móvil la realidad física sobre la que se quiere recibir información adicional. (Dispositivo que capture las imágenes de la realidad física).La aplicación accederá a los parámetros que le proporciona el hardware del dispositivo móvil para identificar qué realidad se está enfocando. Para determinar el punto concreto enfocado por la cámara, la aplicación de realidad aumentada tendrá que consultar la información que se obtiene a través del GPS, la brújula y el acelerómetro (activador de realidad aumentada). El GPS proporciona las coordenadas de ubicación del dispositivo móvil y por lo tanto del entorno que está enfocando la persona que lo sostiene. La brújula identifica la orientación del dispositivo móvil, es decir, hacia qué dirección enfoca la cámara. El acelerómetro, detecta la elevación y el ángulo del dispositivo. La aplicación identifica la información digital establecida para el espacio real que está enfocando el dispositivo móvil. La información digital se ha determinado de forma previa a través de la identificación de diferentes puntos de interés o POI, conformando una capa que es el software de procesamiento. Será necesario contar con un visor de capas de realidad aumentada para poder detectarlas (Layar, Junaio, Aumentaty o Wikitude) y proyectarlas sobre una imagen real. Las capas serán sólo visibles por la aplicación que las haya creado. Los POI de una capa que estén dentro del rango de búsqueda determinado son visualizados por la aplicación de realidad aumentada para dicha capa, por lo que se debe estar cerca de las coordenadas geográficas asignadas a estos POIs (Nájera Gutiérrez, 2009). Obviamente, no se puede visualizar un POI que está localizado en la Universidad de La Habana si el usuario está en algún lugar de La Universidad Central y el rango de búsqueda de esta capa es de carácter local o provincial. La información digital indicada en los POI aparecerá superpuesta sobre la imagen real proyectada en la pantalla del dispositivo móvil. Según el movimiento por el espacio.

(24) CAPÍTULO 1. FUNDAMENTOS DE LA REALIDAD AUMENTADA. 13. real, la imagen que capturará el dispositivo móvil irá cambiando, también cambiarán los parámetros de ubicación (POI) que reciba la aplicación responsable del proceso de realidad aumentada y con ello la información que se despliegue en la pantalla del dispositivo móvil. 1.4.3 Realidad Aumentada mediante reconocimiento de objetos La realidad aumentada mediante reconocimiento de objetos: se basa en el reconocimiento visual que los dispositivos móviles hacen de un determinado objeto. Al reconocer dicho objeto amplía información sobre el mismo. Es necesario introducir en el sistema la imagen del objeto a ser reconocido, se extraen así las características de la imagen que serán comparadas con las que ya han sido almacenadas en una base de datos y se establecerá que objeto aparece en la imagen en base a las características similares que aparezcan en la base de datos. El reconocimiento de objetos, o detector SIFT (Scale-invariant feature transform) es un procedimiento desarrollado por David Lowe en 1999. El mismo se divide en varias fases: detección de puntos externos en el espacio de escalas, localización de los puntos característicos de dicha detección, asignación de detección dominante y algoritmo de reconocimiento de objetos para aplicaciones de realidad aumentada. A partir de esta tecnología se ha desarrollado otro concepto denominado SAR (Realidad Aumentada Espacial) en el que el entorno físico del usuario se aumenta con imágenes integradas directamente en el mismo y no solo en el campo visual. Las imágenes se proyectan sobre objetos reales mediante el uso de proyectores digitales, lo que crea una ilusión de objetos virtuales coexistiendo con el mundo real. Estos entornos de realidad aumentada no necesitan la interacción de un dispositivo a través del cual ver los gráficos aumentados, sino que pueden ser visualizados directamente en el entorno circundante. Al no tener la limitación del espacio puede resultar muy útil para el trabajo colaborativo ya que los usuarios pueden estar trabajando todos a la vez viéndose en tiempo real (Vera et al., 2011). 1.5. Desarrollo actual de la Realidad Aumentada. Los inicios de la realidad aumentada se remontan a 1960, cuando Sutherland usó un dispositivo de despliegue de imágenes tridimensionales de tipo casco, para visualizar gráficos tridimensionales..

(25) CAPÍTULO 1. FUNDAMENTOS DE LA REALIDAD AUMENTADA. 14. Sin embargo, esta tecnología se ha desarrollado en los últimos quince años; ha madurado en hardware, software, aplicaciones y contenidos. Actualmente, muchos celulares, consolas de videojuegos, PDA (Personal Digital Assistan) y TabletPC ya cuentan con algunos de los dispositivos necesarios para implementar realidad. aumentada.. Los dispositivos. especializados, los cuales integran el hardware necesario, más usados son los lentes con monitores montados sobre un armazón tipo gafas, con una cámara tipo webcam colocada sobre el soporte entre los lentes. Estos lentes cuentan con controladores que reconocen diferentes herramientas de software, tales como MagicBook y ARToolkit. Sin embargo, muchos dispositivos móviles permiten montar aplicaciones de realidad aumentada; por ejemplo, las PDA cuentan con cámara de video y pantallas orientadas ortogonalmente y alineadas, apuntando uno hacia delante y el otro hacia atrás; lo cual permite configurar una herramienta de realidad aumentada. Las TabletPC también pueden ser configuradas de forma similar; algunas cuentan con cámara y en caso contrario, basta con fijar una webcam en la orientación adecuada (Toro, 2012). La mayoría de estos dispositivos cuentan con intercomunicadores basados en radiofrecuencia (Wi-Fi, Bluetooth, Wi-Max), por lo que pueden procesar la intensidad de las señales recibidas por los diferentes puntos de acceso dentro de una red inalámbrica para determinar su ubicación dentro del entorno real; si se les proporciona la localización geográfica (o espacial local) de los diferentes puntos de acceso. Aunque es posible usar muchos dispositivos, que ya han penetrado el mercado y sus costos son bajos, considerando su multifuncionalidad, los procesadores aún son lentos para las tareas que se requieren en realidad aumentada y muchos de ellos carecen de hardware para aceleración gráfica (aunque la tecnología ya está lista y disponible, aún es cara; por ejemplo, algunos teléfonos celulares cuentan con el coprocesador para gráficos 3D - ATI Imageon 2300), por lo que las aplicaciones y los contenidos dependen de una preparación exhaustiva de los entornos reales. Por ejemplo, con marcas fiduciarias y patrones simples y muy diferenciados entre ellos. Las aplicaciones independientes de los entornos reales o con entornos muy diversos, tendrán que esperar algunos años .Estos dispositivos genéricos y los especializados en realidad aumentada, están listos y hay muchas aplicaciones evaluadas, pero sólo dan soporte para video, audio y gráficos tridimensionales (Perez-Segnini and Isabel, 2012)..

(26) CAPÍTULO 1. FUNDAMENTOS DE LA REALIDAD AUMENTADA. 15. Poco se ha avanzado en otros sentidos (táctil y equilibrio, principalmente), fuera de los trabajos académicos en laboratorios dedicados a la realidad mixta. Sin embargo, es posible recurrir a la reserva de algoritmos, aplicaciones y experiencia de la visualización científica, de donde se ha nutrido la realidad aumentada, y enriquecer sus contenidos (Perez-Segnini and Isabel, 2012). 1.6. Dificultades actuales en la tecnología de Realidad Aumentada. La problemática actual para desarrolladores de aplicaciones y contenidos está en la construcción de programas modulares que sean de uso general para cualquier dispositivos o hardware (Componentes estándares listos para su instalación, prueba y configuración en diferentes arquitecturas de hardware). Además el desarrollo de contenidos y estándares independientes de las aplicaciones, y con riqueza de representación, es insuficiente. Así mismo, es necesario recurrir a algoritmos para soluciones alternativas o novedosas que permitan la implementación de los nuevos retos. En este sentido, es importante notar que actualmente la visualización no sólo se ocupa del análisis y síntesis de objetos visuales percibidos por el sistema visual humano (aunque fueron las señales ópticas las primeras y quizás las dominantes hasta el momento), también trata con las señales que perciben los demás sentidos, tanto por su estrecha relación con el sistema visual, como por las similitudes en los procesos físicos y neurofisiológicos. Por otro lado, los avances en el hardware especializado en gráficos han permitido la implementación de técnicas y algoritmos en tiempo real. Este conocimiento desarrollado para tareas específicas de la visualización, principalmente en procesamiento de imágenes, visión por computadora y render, está siendo retomado por los desarrolladores de aplicaciones y contenidos en realidad aumentada (Arribas et al., 2014). Existen problemas que persisten y siguen siendo retos para el desarrollo de la tecnología como los siguientes ejemplos: 1. Problemas de paralaje por el desfase de la cámara con respecto a los ojos. 2. El seguimiento de los ojos para ampliar el campo de visión y aprovecharlo como interfaz de interacción humano-máquina (Garcia Sanahuja and Lumbreras Ruíz, 2015)..

(27) CAPÍTULO 1. FUNDAMENTOS DE LA REALIDAD AUMENTADA. 16. 3. La exclusión o eliminación de los objetos reales que se sustituyen con los virtuales, o viceversa. 4. La complejidad de ambientes exteriores o la extensión de una aplicación o contenidos a ambientes no preparados. 5. El retraso del cálculo de transformaciones geométricas con respecto al despliegue de video. 6. Los cálculos de localización. A continuación se presentan algunos detalles de dicha problemática. La colocación de una cámara de video para capturar una escena del mundo real, generalmente no corresponde con la vista de los ojos, y produce un error de paralaje. Este problema está más marcado en la adaptación de dispositivos no especializados en realidad aumentada; las compañías de celulares y PDAs no están considerando la realidad aumentada en la construcción de sus dispositivos, pero esto cambiará cuando se produzcan contenidos y aplicaciones interesantes para dichos dispositivos. Los dispositivos actuales, incluso los especializados o diseñados específicamente para realidad aumentada, tienen un campo de visión limitado (alrededor de 30 grados). Para ampliar el campo de visión no sólo se requieren monitores más grandes, también es importante seguir electrónicamente la posición de los ojos (conocer con precisión hacia dónde está mirando el usuario). Los dispositivos que cubren esta función, ya son accesibles y baratos, inclusive se han alcanzado buenos rendimientos con simples cámaras web .Otra solución al problema del campo de visión, es el uso de los lentes traslúcidos y el sistema de proyección sobre los lentes; esto es, ver a través del lente el mundo real y proyectar la señal virtual sobre el lente. Sin embargo, este sistema tiene poco contraste y problemas de oclusión. Aunque se consigue un campo de visión natural y no presenta problemas de paralaje (Garcia Sanahuja and Lumbreras Ruíz, 2015). El retraso por baja latencia es uno de los errores persistentes, para lo cual se requieren procesadores más potentes; el poder de cómputo en dispositivos móviles ya es alto y se sigue incrementando (Torres, 2011). Los trabajos recientes han mostrado que para este caso son útiles los algoritmos de predicción de movimiento, también es posible compensar.

(28) CAPÍTULO 1. FUNDAMENTOS DE LA REALIDAD AUMENTADA. 17. movimientos pequeños del dispositivo con metamorfosis de imágenes (image warping), lo cual es más rápido que el render en tercera dimensión. Por último, el reto de la realidad aumentada está en su uso sobre ambientes no preparados. No es práctico poner marcas en ambientes exteriores y es necesario buscar patrones fácilmente reconocibles, como son las siluetas en el paisaje y grandes estructuras simétricas. Para estos ambientes es importante incorporar tecnologías de localización espacial como los GPS, combinados con bases de datos con sistemas de información geográficos (Torres, 2011). 1.7. Aplicaciones de la Realidad Aumentada. Las posibilidades de adaptación de la realidad aumentada a las diferentes actividades cotidianas y a los sectores y ámbitos empresariales son muchas y muy amplias. Y aquí precisamente es donde radica todo su potencial. En realidad, el campo de aplicación de la realidad aumentada es tan amplio que será la imaginación la que ponga los límites en su desarrollo, ya que disponer de nuevas dimensiones para completar la información del mundo puede ser muy útil en múltiples facetas de la vida. Se puede aplicar la realidad aumentada para simular vuelos y trayectos terrestres. En caso de emergencia, la realidad aumentada puede servir para mostrar instrucciones de evacuación de un lugar. En el campo militar, puede mostrar información de mapas, localización de los enemigos. Es muy útil a la hora de resucitar virtualmente edificios históricos destruidos, así como proyectos de construcción que todavía están bajo plano. En la hidrología, la ecología y la geología, puede ser utilizada para mostrar un análisis interactivo de las características del terreno. El usuario puede usar, modificar y analizar tres mapas bidimensionales interactivos. 1.7.1 Realidad Aumentada en la educación En los últimos años la realidad aumentada ha logrado un protagonismo cada vez más importante en diversas áreas de conocimiento, mostrando la versatilidad y posibilidades que presenta esta nueva tecnología derivada de la Realidad Virtual (Torres, 2013). La capacidad de insertar objetos virtuales en el espacio real y el desarrollo de interfaces de.

(29) CAPÍTULO 1. FUNDAMENTOS DE LA REALIDAD AUMENTADA. 18. gran sencillez, la han convertido en una herramienta muy útil para presentar determinados contenidos bajo las premisas de entretenimiento y educación, que es conocido en el mundo como “edutainment” (Torres, 2013). La mayoría de las aplicaciones de realidad aumentada para proyectos educativos se ve reflejada en museos, exhibiciones y parques de atracciones temáticos, debido a que el precio de esta tecnología todavía no es lo suficientemente bajo para que pueda ser empleada en el ámbito doméstico. Estos lugares aprovechan las conexiones a internet para mostrar información sobre objetos o lugares, así como imágenes virtuales que representan paisajes y ruinas reconstruidas, tal y como eran en el pasado (figura 1.3). La realidad aumentada permite disponer de toda la información en un móvil con cámara, se muestra el cuadro, la escultura, el edificio, etc. y se obtiene información en pantalla o mediante audio en tiempo real, además, se puede descargar esa información en un dispositivo para poderla utilizar o, si los usuarios lo desean, ser capaces, ellos mismos, de integrar todos los contenidos. Además de escenarios completos en realidad aumentada, donde se pueden apreciar e interactuar con los diferentes elementos en 3D, como son las partes del cuerpo (Ruiz Torres, 2011).. Figura 1.3.Ruina romana mostrada a través de la realidad aumentada (Telefónica, 2011)..

(30) CAPÍTULO 1. FUNDAMENTOS DE LA REALIDAD AUMENTADA. 19. Por otro lado, en la actualidad se están utilizando mucho los juegos con realidad aumentada, principalmente los basados en el mundo real y los que incorporan datos aumentados de manera que estas funcionalidades dan a los educadores formas nuevas y útiles de mostrar relaciones y conexiones. Por un lado, están los juegos que utilizan tecnología de marcadores que a menudo incluyen un tablero de juego plano o un mapa que se convierte en un escenario 3D cuando se mira con un dispositivo móvil o una cámara web. Este tipo de juego puede aplicarse fácilmente a una serie de disciplinas, como por ejemplo la arqueología, la historia, la antropología o la geografía, entre otras. Otro enfoque del juego con realidad aumentada permite a los jugadores o administradores de juegos crear personas y objetos virtuales, colocándolos en un lugar en concreto en el mundo real. Los jugadores interactúan con estas construcciones, que aparecen cuando el jugador se acerca a la ubicación vinculada en el mundo real (Telefónica, 2011). Otra aplicación en esta área sería el modelado de objetos. Se trata de ofrecer herramientas para que los estudiantes puedan crear un objeto y colocarlo en diferentes lugares y así ver como se vería en diferentes escenarios. Gracias a estas técnicas es posible manipularlos, hacerlos girar, etc. pudiendo así detectar posibles anomalías o problemas a resolver. En este sentido, unos investigadores del Human Interface Technology Laboratory de la Universidad de Canterbury, en Nueva Zelanda, han creado una herramienta que traduce esbozos en objetos 3D y utilizan la realidad aumentada para permitir a los estudiantes explorar las propiedades físicas y las interacciones entre objetos. Se utilizan controles simples, dibujados en un papel, para alterar las propiedades de los objetos esbozados. Otro ejemplo sería el del Colegio Mauricio De Nassau de Brasil, donde los estudiantes de arquitectura exploran las posibilidades de utilizar realidad aumentada para, proyectar modelos de escaleras en edificios, lo que permite recortar el tiempo necesario para construir y presentar propuestas arquitectónicas (Ruiz et al., 2004). Una de las aplicaciones que actualmente se ha extendido en el mundo es la instalada en teléfonos celulares y que permite traducir las palabras que aparecen en una imagen. Basta con tomar una fotografía a cualquiera texto desconocido y se obtiene una traducción instantánea sobre el mismo objeto. El proceso es muy sencillo: el software identifica las letras que aparecen en el objeto y busca la palabra en el diccionario (Torres, 2011)..

(31) CAPÍTULO 1. FUNDAMENTOS DE LA REALIDAD AUMENTADA. 20. Una vez encontrada la traducción, la dibuja en lugar de la palabra original. Es ideal para quienes viajan mucho y necesitan conocer de manera rápida el significado de alguna palabra. Por el momento, este programa solo ofrece traducción inglés-español y españolinglés, (pero sus creadores Otavio Good y John DeWeese han señalado que el paso siguiente es la traducción de otros idiomas, como el francés, el italiano o el portugués). El campo de la enseñanza es otro en el que la realidad aumentada está adquiriendo mucho sentido. En la actualidad, están apareciendo aplicaciones sociales, lúdicas y basadas en la ubicación, que muestran un potencial importante para el uso de la realidad en este ámbito, tanto para proporcionar experiencias de aprendizaje contextual como de exploración y descubrimiento fortuito de la información conectada en el mundo real. Un ejemplo de esta aplicación es el desarrollo de libros que incluyen elementos de este tipo utilizando realidad aumentada basada en el uso de códigos (figura 1.4). Los libros se imprimen de manera normal; después de la compra, los consumidores instalan un programa especial en sus ordenadores y apuntan al libro con una cámara web para ver las visualizaciones (Torres, 2011).. Figura 1.4. Ejemplo de libro impreso con marcadores para realidad aumentada (Telefónica, 2011).. 1.7.2 Realidad Aumentada en las redes sociales Otra aplicación relevante de la realidad aumentada tiene que ver con un uso social (Gesa, 2012). Se trata de mezclar las redes sociales y las interfaces de realidad aumentada de manera que se satisfaga la necesidad humana de encontrar gente y compartir experiencias e.

(32) CAPÍTULO 1. FUNDAMENTOS DE LA REALIDAD AUMENTADA. 21. información con amigos y compañeros. Además, las aplicaciones bajo esta categoría facilitan la realización de anotaciones en diferentes lugares. Recognizer es una aplicación que se encuentra en este grupo. Con ella es posible reconocer a una persona a través de su cara) y acceder a los datos personales que ésta haya decidido mostrar (e-mail, nombre, edad, etc.) gracias a los perfiles que tenga publicados en Internet a través de aplicaciones como Twitter, Youtube, Skype o Facebook. La aplicación hace uso de la cámara del terminal móvil con la que, al enfocar hacia la cara de una persona, devuelve en pantalla toda la información relativa a esa persona que exista en la red (para ello la persona tiene que estar dada de alta en el servicio previamente).Esto se consigue gracias a que Recognizer crea un modelo 3D de la cara de la persona que escanea y envía esta información a la web en donde es rastreada en busca de coincidencias. Para hacer uso de la aplicación lo primero que habría que hacer es crearse un perfil: para ello, simplemente hay que hacerse una foto y después vincular los perfiles sociales nombre, e-mail, dirección, twitter, etc. Después, cuando alguien quiera conocer de una persona en específico, mediante esta aplicación solo tendrá que apuntarle con la cámara, el sistema lo reconocerá y aparecerán los diferentes perfiles que esa persona ha guardado previamente. En esta misma línea TAT (The Astonishing Tribe) Aumented ID es otra aplicación que utiliza realidad aumentada sobre las personas usando tecnología de reconocimiento facial (Gesa, 2012). 1.7.3 Realidad Aumentada en procesos de mantenimiento La posibilidad de sobreimpresionar información digital sobre la real, puede servir tanto para formar operadores menos expertos como para reducir los errores en las tareas de mantenimiento o el tiempo de realización de las mismas. De hecho, se puede decir que la primera aplicación de realidad aumentada fue precisamente en actividades de mantenimiento, en concreto en el proceso de cableado eléctrico de las aeronaves de Boeing. Otro ejemplo de aplicación se refleja en la reparación de vehículos (figura 1.5), donde el operador utiliza una aplicación de realidad aumentada como guía que le indica en todo momento las operaciones que debe realizar (Telefónica, 2011)..

(33) CAPÍTULO 1. FUNDAMENTOS DE LA REALIDAD AUMENTADA. 22. Figura 1.5.Sistema de realidad aumentada en la reparación de vehículos (Telefónica, 2011).. 1.7.4 Realidad Aumentada en la Medicina El área de la medicina también es muy susceptible para el uso de realidad aumentada, ya que en muchas de las actividades que se realizan en este ámbito, los profesionales médicos demandan gran cantidad de información de contexto, como complemento a la información visual directa o a la que le suministran cámaras. Así, para un cirujano, puede ser muy importante disponer de tres dimensiones de los órganos y huesos, alrededor de la zona en la que está llevando a cabo una intervención (figura 1.6), o también información complementaria como datos del paciente o sobre la operación (Telefónica, 2011).. Figura 1.6.Imágenes digitales del corazón utilizadas en cirugías (Telefónica, 2011)..

(34) CAPÍTULO 1. FUNDAMENTOS DE LA REALIDAD AUMENTADA. 23. En el caso de la medicina las aplicaciones de realidad aumentada se basan usualmente en unas tecnologías diferentes a las que se utilizan en la mayoría de los servicios que se describen en este epígrafe. No son aplicaciones que se basen en aplicaciones georeferenciadas o en la utilización de código Bidi, sino que suelen utilizar sistemas basados en ondas para obtener información digital. Dentro de la medicina, un campo donde la realidad aumentada puede tener gran impacto es en las operaciones de corazón ya que en la actualidad la falta de visión del médico dificulta la realización de intervenciones poco invasivas con lo que se incrementan muchos de los peligros para el paciente. Hoy en día, existen prototipos de realidad aumentada mediante MRI (Imágenes de resonancia magnética) o mediante ultrasonidos. Gracias a esta tecnología es posible ganar precisión y seguridad diagnóstica así como eliminar los tiempos de espera clínica, al conseguir en tiempo real los resultados de la exploración (Telefónica, 2011). 1.7.5 Realidad Aumentada en la televisión digital En la actualidad varios son los dispositivos y software que son utilizados para insertar la realidad aumentada en las transmisiones de programas en la televisión digital. InAir es un pequeño dispositivo que puede ser conectado vía HDMI a cualquier televisor 3D o 2D para obtener una visión aumentada del contenido emitido. Este dispositivo, modificará la imagen del televisor para darle una expansión al contenido que ve en éste, gracias a una conexión a Internet. Después de ser conectado al televisor y enlazado a un smartphone, se puede controlar lo visto en la pantalla, no solo el volumen o el canal, sino también otros componentes informativos que aparezcan. InAir introduce en el mundo actual la posibilidad de unir la programación televisiva y el contenido web. Es decir, que si un usuario está viendo una noticia y quiere explorar más al respecto puede acceder directamente en su televisor a lo que se escribió en un periódico o un blog, sin tener que cambiar el canal o acudir a una segunda pantalla (Cubillo, 2008). El dispositivo funciona con un sistema que divide la pantalla por niveles de profundidad, de modo que en un nivel más cercano a la posición del espectador, pueden aparecer los.

(35) CAPÍTULO 1. FUNDAMENTOS DE LA REALIDAD AUMENTADA. 24. contenidos web, mientras que en un nivel más profundo y extenso se verá la programación base. Este uso de la realidad aumentada en televisión digital puede cambiar por completo las formas de producción y consumo de contenidos (Cubillo, 2008). Visual SyncAR es un software con tecnología de realidad aumentada desarrollado por la compañía japonesa de telecomunicaciones NTT (Nippon Telegraph and Telephone) que reproduce contenidos exclusivos en esta modalidad, a través de una segunda pantalla que se visualiza en sincronía con la emisión de cualquier contenido de un canal de televisión, en una propuesta lúdica. Esta aplicación de realidad aumentada genera una experiencia completa y rica en visualización de secuencias visuales codificadas de realidad aumentada a la Tablet o smartphone del usuario, de manera tal, que al poner el dispositivo con el software frente a un televisor, será posible observar contenidos adicionales e interactuar con ellos y que podrás identificar gracias a una “marca de agua digital”(Iparraguirre and Delrieux, 2010). En Visual SyncAR se experimenta la sensación óptica proporcionada por los contenidos que salen literalmente de la pantalla para llegar al televidente. Según las experiencias de los usuarios esta tecnología puede mostrar un personaje virtual bailando en sincronía con la persona en pantalla, el mismo puede empezar con su coreografía afuera en la sala del hogar del usuario y luego brincar dentro de la pantalla o viceversa, de manera tal que el sistema vuelve factible nuevas formas de expresión en el uso de videos (Caldera-Serrano, 2014). NHK Hybridcast combina la realidad aumentada al crear puentes virtuales para conectar la televisión y la Tablet y dotar de interactividad a los programas favoritos de los usuarios. Debido a que las tablets ya están muy distribuidas por todo el mundo, facilitan mucho este servicio. Más adelante, puede ser introducido en la caja decodificadora. Pero lo que se busca con la NHK es que se fusione con el televisor (Caldera-Serrano, 2014). La información que aparece en capas virtuales creadas no suelen ser creadas exclusivamente por los canales de televisión, si no por desarrolladores independientes para hacer crecer la cantidad de información. Una característica importante de este sistema es que el contenido puede ser creado por los proveedores de servicios distintos de los.

(36) CAPÍTULO 1. FUNDAMENTOS DE LA REALIDAD AUMENTADA. 25. organismos de radiodifusión. Así, también será posible para los desarrolladores crear nuevas y mejores aplicaciones. 1.7.6 Realidad Aumentada en las transmisiones deportivas Hoy en día no es extraño ver que, en retransmisiones deportivas, las cadenas de televisión incorporen elementos virtuales a los escenarios deportivos (Ver Anexo 1). A veces con fines publicitarios, en otros casos con fines informativos, o a veces simplemente como elementos decorativos. Por ejemplo, colocar sobre el terreno de juego los escudos de los equipos que participan en el encuentro, las alineaciones, el resultado, variadas formas tridimensionales flotantes con mensajes publicitarios, o incluso datos más técnicos como distancias entre jugadores u otros elementos propios del juego. En el fútbol, cuando se realiza una jugada, luego de aplicar la realidad aumentada, se pueden distinguir los límites de dicha jugada así como también la formación de los jugadores y sus estrategias. Del mismo modo, en los partidos de hockey sobre hielo se colorea en realidad aumentada la ubicación y dirección de la pastilla. Las transmisiones de natación suelen añadir una línea a través de los carriles para indicar la posición del poseedor del récord actual y compararla con la carrera. Por otra parte, el público que asiste a los estadios trata de crear animación mediante métodos tan habituales como música, cánticos, banderas o pancartas. También se pueden observar en las gradas grandes dibujos o mosaicos formados por multitud de individuos levantando cartulinas coloreadas. Estos mosaicos son mejorados al aplicar realidad aumentada a la transmisión televisiva, agregándole información nueva, como números, letras u otros dibujos, que se quieran recrear (Casanova, 2010)..

(37) CAPÍTULO 2. ELEMENTOS DE UN SISTEMA DE REALIDAD AUMENTADA.. 26. Capítulo 2.ELEMENTOS DE UN SISTEMA DE REALIDAD AUMENTADA 2.1. Reseña sobre las cámaras de videos digitales. Las primeras cámaras de vídeo utilizaron tubos electrónicos como captadores: un tipo de válvulas termoiónicas que realizaban, mediante el barrido por un haz de electrones del target donde se formaba la imagen procedente de un sistema de lentes, la transducción de la luz (que conformaba la imagen) en señales eléctricas. El ingeniero ruso Vladímir Zvorykin desarrolló en 1923 un sistema de captación de imágenes. En la época de los años 1980 del siglo XX, se desarrollaron transductores de estado sólido: los CCD (Charge coupled device). Los que sustituyeron muy ventajosamente a los tubos electrónicos, propiciando una disminución en el tamaño y el peso de las cámaras de vídeo. Además proporcionaron una mayor calidad y fiabilidad, aunque con una exigencia más elevada en la calidad de las ópticas utilizadas. La televisión en blanco y negro, que utiliza únicamente la información de la luz de una imagen, la luminancia, utiliza cámaras de un solo canal de captación. Los sistemas para televisión en color, que necesitan captar las características que diferencian los colores, la crominancia, usan tres canales; cada uno de ellos destinado a la captura de cada color primario (Albornoz et al., 2000). 2.2. Características de las cámaras de video digitales. Existen dos tipos básicos de cámaras de TV: las portátiles, también llamadas de ENG (Electronic News Gathering), y las de estudio. Las cámaras de estudio van integradas en el sistema de producción correspondiente, es decir, forman parte de la instalación de vídeo de ese estudio o unidad móvil, mientras que las de ENG trabajan independientes de cualquier instalación y suelen ir asociadas a un sistema de grabación de señales de TV; normalmente un VTR (Video Tape Recorder) portátil o asociado a la propia cámara. Sin embargo, lo anterior no significa que una cámara portátil no pueda ser parte de las instalaciones de un estudio en un momento dado (Bartolomé et al., 2007)..

(38) CAPÍTULO 2. ELEMENTOS DE UN SISTEMA DE REALIDAD AUMENTADA.. 27. Algo muy importante de una cámara de video digital es su ganancia que está definida por sus dB (decibeles). A modo de comparación con el campo de la fotografía, se puede decir que los decibelios son en la cámara lo que da sensibilidad a la película. En condiciones lumínicas escasas, la cámara ofrece la posibilidad de ampliar la ganancia de la señal de vídeo para alcanzar las necesidades de grabación en la escena en prejuicio de la calidad de imagen ya que a mayor cantidad de dB, mayor es el ruido que se le aplica a la imagen (Bartolomé, 2003). Los dB se requieren a menudo en la electrónica de vídeo para manejar niveles de señal sobre una gama muy amplia. El uso de logaritmo permite efectuar una calibración más fácil para expresar tanto valores pequeños como grandes. También es más conveniente saber la relación entre la amplitud de la señal y la amplitud de una señal típica definida (por ejemplo: 1,0 V en la electrónica de vídeo) en lugar de conocer la amplitud real de la señal. El conmutador suele venir definido para tres posiciones de 0, 9 y 18 dB, aunque los nuevos modelos de cámara ya permiten su ajuste y configuración. El sistema completo de una cámara de video recibe el nombre de cadena de cámara y consta de la cabeza de cámara, que es la parte que está en el lugar de la producción y la estación base que es la parte de la cámara que la une con el resto del sistema de producción. La cabeza de cámara y la estación base se unen entre sí mediante una manguera de varios cables, por donde van las señales que se mandan del sistema a la cámara y de esta al sistema, así como las alimentaciones correspondientes. Este cable múltiple puede ser sustituido por un cable coaxial llamado Triaxial, por el que las señales se introducen mediante multiplexación en frecuencia. También hay sistemas de conexionado inalámbrico, pero sólo son utilizados en casos muy concretos y especiales. Atendiendo a la cadena de cámara completa, se pueden distinguir varias partes: En la cabeza de cámara: 1. La óptica: sistema de lentes que permiten encuadrar y enfocar la imagen en el target del captador (Pico et al., 2008). Estas pueden ser lentes fijas que tienen una distancia focal fija o lentes objetivo zoom que tienen una distancia focal variable, dependiendo de la máxima y mínima distancia focal..

(39) CAPÍTULO 2. ELEMENTOS DE UN SISTEMA DE REALIDAD AUMENTADA.. 28. 2. El cuerpo de cámara: espacio donde reside la instrumentación electrónica encargada de la captación y la conversión de las imágenes. 3. El adaptador triaxial, o el adaptador al sistema de conexionado elegido con la estación base: comunica la cabeza de cámara con la estación base. En la estación base: 1. El adaptador triaxial, o el adaptador al sistema de conexionado elegido: comunica la estación base con la cabeza de cámara. 2. Sistema electrónico: conjunto de circuitos necesarios para la conexión de la cadena de cámara al resto de la instalación. Otro componente de una cámara de video digital es el visor, que funciona como un monitor en blanco y negro de dimensiones reducidas. Los hay de estudio de mayor tamaño y resolución. Es básico ajustar los parámetros de brillo y contraste para contar con una referencia adecuada de la escena a grabar. Igualmente, el visor cuenta con el ajuste de peaking, que permite un enfoque selectivo de mayor precisión. El ajuste del visor no interfiere en la calidad de la imagen de grabación. Para ajustar el visor de cámara a la escena a grabar, se procede a colocar una señal de barras y posteriormente se ajusta el contraste y el brillo de tal forma que las barras denoten una grabación adecuada desde el negro hasta el blanco. Las señales de barras de color se utilizan como referencia para obtener una reproducción precisa del color en los sistemas de vídeo, para ajustar los codificadores y monitores. Esto se efectúa pasando la señal de barras de color a través del sistema y evaluándolo con vectorscopios, monitores de forma de onda y monitores de imagen. En las cámaras PAL (Phase Alternating Line) con salida de barras norma EBU (European Broadcasting Union) hay siete franjas verticales; una franja blanca en el extremo izquierdo seguida de seis franjas de color hacia la derecha. El orden de las franjas de color de izquierda a derecha es: amarillo, cyan, verde, magenta, rojo y azul. Este es el orden descendente de cada nivel de luminancia del color (Pico et al., 2008). También es importante saber que cada color (incluyendo la franja blanca) es una combinación (total: siete combinaciones) de la suma equitativa de los tres colores.