Desarrollo de un entorno de realidad virtual para la inmersión en experimentos de detección de emociones

Equation Chapter 1 Section 1 Proyecto Fin de Carrera Ingeniería de Telecomunicación Desarrollo de un entorno de realidad virtual para la inmersión en experimentos de detección de emociones Autor: Jorge Bendala José Tutoras: Irene Fondón García María Auxiliadora Sarmiento Vega Dpto. Teoría de la Señal y Comunicaciones Escuela Técnica Superior de Ingeniería Universidad de Sevilla Sevilla, 2020 ii iii Proyecto Fin de Carrera Ingeniería de Telecomunicación Desarrollo de un entorno de realidad virtual para la inmersión en experimentos de detección de emociones Autor: Jorge Bendala José Tutor: Irene Fondón García Profesora Titular María Auxiliadora Sarmiento Vega Profesora Contratada Doctora Dpto. de Teoría de la Señal y Comunicaciones Escuela Técnica Superior de Ingeniería Universidad de Sevilla Sevilla, 2020 iv v Proyecto Fin de Carrera: Desarrollo de un entorno de realidad virtual para la inmersión en experimentos de detección de emociones Autor: Jorge Bendala José Tutores: Irene Fondón García María Auxiliadora Sarmiento Vega El tribunal nombrado para juzgar el Proyecto arriba indicado, compuesto por los siguientes miembros: Presidente: Vocales: Secretario: Acuerdan otorgarle la calificación de: vi Sevilla, 2020 El Secretario del Tribunal vii A mi familia A mis maestros viii ix Agradecimientos He decidido dejar este apartado para el final pues una vez acabado y llegados a este punto te das cuenta de todo lo que has recorrido y con quien a lo largo del grado. En primer lugar, he de agradecer a todas las personas que han colaborado de una manera u otra en la realización de este trabajo, ya que sin ellos no habría sido posible. A todos los que me han acompañado desde mi entrada en la Universidad, no solo con este TFG. Mi segundo lugar ha sido la ETSI, allí he pasado miles de horas ya sea en clase, estudiando, haciendo exámenes o pasado un buen rato con amigos y profesores. Este edificio rojo me ha cargado de anécdotas y momentos inolvidables. Por otro lado, no me puedo olvidar de mis padres, pues ellos han hecho posible mis estudios y la persona que soy hoy inculcándome valores, de mis amigos de siempre que siempre me animaron y al igual que mis padres me han apoyado en todo momento. Mis nuevos amigos que he conocido a lo largo de estos años y que me han dado tanto a lo largo de estos años, han sido increíble y nunca lo olvidare. Y por supuesto dar las gracias a mi tutora Irene, que me propuso este TFG tan increíble y que me abrió todo un mundo de investigación y me encanta tantísimo que es la animación y el modelado 3D, me ha orientado en todo el proyecto brindándome esta oportunidad. Por creer en mí y ayudarme pasito a pasito con todo esto, brindándome su sabiduría. Y por supuesto a Auxi mi otra tutora y profesora por compartir sus conocimientos y experiencia, así como por acompañarme en las últimas asignaturas. A todos, gracias. Jorge Bendala Estudiante de Grado en Ingeniería de las Tecnologías de Telecomunicación Sevilla, 2020 xvi 5.4.1. Creación de un proyecto para gafas de Realidad Virtual (Oculus Rift S) 47 5.4.2. Exportación de modelos 3ds Max 49 5.4.3. Creación de materiales 50 5.4.4. Iluminación de escenas 51 5.4.5. Primera persona 48 5.4.6. Interacción con los objetos 50 5.4.7. Fondo de la escena 50 5.4.8. Apertura de puertas 55 5.5. Pruebas 57 6 Conclusiones y lineas furturas 60 Referencias 62 xvii xviii ÍNDICE DE FIGURAS Ilustración 2-1: Imagen sistema límbico [6] 6 Ilustración 2-1: Imagen Formación hipocampal [10] 7 Ilustración 2-2: Amígdala [14] 8 Ilustración 2-3: Circuito de Papez [16] 9 Ilustración 2-5: Emociones organizadas de forma circular 11 Ilustración 4-1: LCD [57] 22 Ilustración 4-2: Paneles LCD [58] 23 Ilustración 4-3: Controlador [66] 24 Ilustración 4-4: sensor [67] 24 Ilustración 4-5: Oculus Rift S [68] 24 Ilustración 5-1: Ventana principal 3ds Max 28 Ilustración 5-2: View Ports 28 Ilustración 5-3: Ventana render 29 Ilustración 5-4: Ajustes del render 30 Ilustración 5-5: Control de fotogramas 31 Ilustración 5-6: Ajuste de línea temporal 31 Ilustración 5-7: Ventana editor de materiales 31 Ilustración 5-8: Visibilidad de material 32 Ilustración 5-9: Opciones clic derecho 32 Ilustración 5-10: Realización del suelo 33 Ilustración 5-11: Grid and Snaps Settings 34 Ilustración 5-12: Panel Create 34 Ilustración 5-13: Creación de paredes 35 Ilustración 5-14: Creación de puertas y ventanas 35 Ilustración 5-15: Asignación de materiales 36 Ilustración 5-16: Mesilla 37 Ilustración 5-17: Creación de objeto 37 Ilustración 5-18: Selección de polígonos 37 Ilustración 5-19: Extrude 38 Ilustración 5-20: Chamfer 38 Ilustración 5-4: Copa 39 Ilustración 5-23: Anillo 39 Ilustración 5-23: Imagen de demostración 1 41 Ilustración 5-24: Imagen de demostración 2 42 xix Ilustración 5-25: Imagen de demostración 3 42 Ilustración 5-26: Ventana de inicio de proyecto Unity 43 Ilustración 5-27: Proyecto 3D 43 Ilustración 5-28: Opción learn 44 Ilustración 5-29: Ventana installs 44 Ilustración 5-30: Ventana Unity 45 Ilustración 5-31: Ventana edición de animaciones 46 Ilustración 5-32: Iluminación Unity 46 Ilustración 0-33: Proyecto android 1 47 Ilustración 0-34: Proyecto android 2 47 Ilustración 5-35: Proyecto android 3, SDK 48 Ilustración 5-36: Proyecto android 4, SDK 48 Ilustración 5-37: Paquete Oculus 49 Ilustración 5-38: Exportación de modelos 49 Ilustración 5-39: Materiales Unity 1 50 Ilustración 5-40: Materiales Unity 2 50 Ilustración 5-41: Iluminación de escena Unity 1 51 Ilustración 5-42: Iluminación de escena Unity 2 52 Ilustración 5-43: Habilitar fuentes externas Unity 52 Ilustración 5-44: Creación de avatar 1 53 Ilustración 5-45: Creación de avatar 2 53 Ilustración 5-46: Opciones avatar 53 Ilustración 5-47: Fondo de la escena 55 Ilustración 5-48: Apertura de puertas 55 Ilustración 5-49: Pruebas 1 58 Ilustración 5-50: Pruebas 2 58 Ilustración 5-51: Pruebas 3 58 xx xxi Notación Fps Fotogramas por segundo RV Realidad Virtual LCD liquid-crystal display, pantalla de cristal liquido LED light-emitting diode, diodo emisor de luz EEG Electroencefalograma SCN Sistema nervioso central SNA Sistema nervioso automatico CMA Circumplex modelo f Affects BCI LADS NAPS LAPS ANEW SVM RBF HMD Brain computer interface Affective digitized sound system Nencki affective picture system International affective picture system Affective norms for English words Support vector machine Núcleo de base radial Casco de Realidad Virtual Objetivos 3 3 1 OBJETIVOS ste proyecto pretende ser el punto de partida de una investigación acerca de la generación y evaluación de sentimientos mediante realidad virtual (RV). El proyecto desarrolla un entorno para la adaptación de los usuarios a los elementos artificiales de RV. Consiste en una habitación con objetos interactivos, es decir, componentes que permiten realizar acciones como si fueran reales: moverlos de un lado a otro, empujarlos a lo largo de la habitación, abrirlos etc. Gracias a este entorno, los usuarios aprenden el uso correcto de los elementos del entorno virtual, entre los que se incluyen los mandos (que permiten realizar las acciones mencionadas anteriormente, así como desplegar los diferentes menús de RV) o el visor que es inmersivo, es decir, una vez iniciada la aplicación, el usuario no visualizará nada más que el entorno artificial sin ver en absoluto nada del exterior. El entorno virtual se ha generado con el software de modelado y animación 3ds Max de Autodesk. Posteriormente se ha exportado a un motor de videojuegos, Unity, que permite la adaptación del entorno a RV y su interactividad. Los usuarios que participen en el proyecto, deberán ser capaces de utilizar con soltura los elementos de integración de un entorno virtual. A modo de prueba y sin constituir el objetivo principal de este proyecto, se proporciona una primera aproximación de un entorno que produzca una emoción. En resumen, los objetivos de este trabajo son: ➢ Modelar en 3ds Max un entorno virtual realista. ➢ Modelar en 3ds Max objetos de entrenamiento. ➢ Pasar de un entorno 3D visualizado en el ordenador a un entorno en RV. ➢ Añadir animaciones para conseguir interactividad. E Objetivos 4 4 Emociones 5 5 2 EMOCIONES na de las primeras respuestas a la famosa pregunta: “¿Qué es una emoción?” data de la época en la que la psicología se erigió en disciplina científica autónoma, al final del siglo XIX. La respuesta la encontramos en la obra de Charles Darwin sobre “La expresión de las emociones en el hombre y los animales” (1982), la cual es considerada por los especialistas como punto de partida para el estudio moderno de las emociones, [1]. Las emociones pueden definirse como las reacciones o respuestas psicobiológicas (cognitivas, fisiológicas y motoras) a ciertos estímulos producidos por un objeto, persona, lugar, suceso o recuerdo, con el resultado de establecer o potenciar una conducta apropiada (supervivencia y/o relaciones sociales) a los desafíos del medio ambiente de los que somos conscientes por medio de sensaciones objetivas, [1]. Se pueden distinguir varias fases o componentes en su producción: - Recepción del estímulo que desencadena el proceso (objeto, persona, lugar, suceso o recuerdo). - Expresión del sentimiento. Cognitivamente, las emociones alteran la atención y fisiológicamente, organizan rápidamente las respuestas de distintos sistemas biológicos, incluidas las expresiones faciales, los músculos, la voz, la actividad de varios sistemas. Conductualmente, las emociones sirven para establecer un comportamiento adecuado a nuestro entorno, nos impulsan hacia ciertas personas, objetos, acciones, ideas y nos alejan de otros. - Percepción de la emoción (sentimientos emocionales). Los sentimientos emocionales aparecen con la percepción de lo que nuestro cuerpo hace mientras se manifiesta la emoción, junto con percepciones del estado de nuestra mente durante ese mismo período de tiempo [2]. Sistema Límbico. Las respuestas emocionales y espontáneas dependen del sistema límbico. Una vez que el cerebro detecta un estímulo significativo, éste lo procesa y envía la respuesta al resto del cuerpo para que este actúe de forma adecuada ante dicho estímulo. Estos cambios en nuestro cuerpo son cambios físicos, que son reconocibles y por tanto conscientes. De esta forma somos capaces de reconocer nuestras propias emociones [3]. Algunos términos básicos necesarios para comprender esta comunicación son los siguientes: • Sistema límbico: El sistema límbico está compuesto por una gran cantidad células neuronales que dan lugar a una de las redes cerebrales más importantes en lo que se refiere a la conducta, estados de ánimo o emociones humanas. El origen de todo comportamiento irracional tiene lugar ahí. Por ello, también es conocido como “cerebro emocional”. Cuesta trabajo definir de forma clara y exacta cada una de las estructuras que forman parte o no de este sistema [4], incluso la función que tendrá cada una de estas partes. Diversos estudios afirman que el sistema límbico debe estar formado al menos por: el hipotálamo, la amígdala, el hipocampo, la corteza límbica y el fornix [5]. Se sabe también que se encuentra altamente interconectado con otras áreas no irracionales del cerebro cuyas funciones van desde la regulación térmica, la memoria inmediata a funciones reproductivas entre otras. U Emociones 12 12 Un espectador siente emociones frente a una obra de arte puesto que el cerebro reacciona a los colores, formas, texturas y demás mecanismos de los que se vale su autor [31]. En el mismo sentido el director de cine involucra al público con la película gracias a los recursos propios cinematográficos [31]. La afinidad de un individuo de manera afectiva con una fotografía, pintura, película o cualquier producto de la imaginación, es un evento emocional para el observador. Los marcadores somáticos son parte de las experiencias humanas que involucran emociones y sentimientos. El cerebro guarda e interpreta dichas experiencias para que sean denotadas por el sistema límbico [31]. En la literatura existen diferentes bases de datos estandarizadas, como por ejemplo International Affective Picture System (IAPS) [32], Nencki Affective Picture System (NAPS) [33], y sus extensiones NAPS BE [34]¡Error! No se encuentra el origen de la referencia. y NAPS PRO [37]. Que en la actualidad cuenta con más de 1000 imágenes fotográficas a color agrupadas en 20 conjuntos, cada uno de ellos con una media de 60 imágenes. Todas las imágenes están clasificadas en relación al modelo bidimensional Circumplex. 2.4.2. Música y sonidos La música a lo largo del tiempo ha sido utilizada para evocar emociones, prueba de ello son los conciertos en los que el público canta y salta de manera eufórica. Estudios como [5] que estudian los resultados que producen cierta música y dan lugar a piloerección (se eriza la piel, llamado común mente “pelos de punta”). Por otro lado, existen numerosas clases de sonidos que ha sido usados como estímulos emocionales, sonidos positivos (risas de bebes), neutros (tonos monofrecuencia) y negativos (llantos). Actualmente existe un amplio banco de estímulos acústicos de probada eficacia, como el International Affective Digitized Sound System (IADS) [36]. 2.4.3. Recursos autobiográficos y situaciones de la vida real. Por otro lado, la cultura también ejerce un importante papel en la producción de las emociones causadas por la interacción de los individuos en un entorno social, pues son su modo de adaptación a los estímulos que provoca ese entorno. Un ejemplo es la tristeza por la muerte de un ser querido o la vergüenza que se siente al hacer el ridículo. Por otra parte, las emociones en conjunto tienen una base biológica que se transmite genéticamente conformando al individuo. No todas las personas se emocionan del mismo modo ni con las mismas cosas; un ejemplo sencillo es una película la cual puede hacer llorar a unos y a otros no [31]. Según Damasio (2004 [31]) para que se produzca una emoción es necesario lo que él mismo denominó como “estímulo emocionante competente”, es decir, un evento comienza con la percepción y evaluación del estímulo generando o desencadenando un conjunto de operaciones cognitivas. A continuación, se forma una emoción y se produce el estado emocional. Todo ello se lleva a cabo en el sistema límbico [31]. Sin embargo, la emoción no se queda solamente en la cadena de reacciones a nivel somático. Las respuestas que producen la emociones se denominan sentimientos. No obstante, “No todos los sentimientos se relacionan con las emociones: en estado de vigilia y atención las emociones generan sentimientos, pero no todos los sentimientos originan emociones” (Damasio 1994 [31]). A pesar de que la emoción y el sentimiento están unidos, son dos procesos diferentes. La emoción se produce cuando un evento externo denota mecanismos cognitivos que en conjunto dan lugar a una reacción corporal. Por otro lado, un sentimiento es siempre un conocimiento acerca de lo que sucede en la emoción, es la conciencia de aquello que nos emociona. Es decir, un sentimiento es una interpretación mental causada por una emoción [31]. Todo implica evocar recuerdos significativos que dan lugar a distintas emociones. Su principal problema la estandarización, reproducción y comparación. 13 13 Desarrollo de un entorno de realidad virtual para la inmersión en experimentos de detección de emociones 2.4.4. Estímulos verbales Consiste en la lectura por parte de los individuos de palabras o frases escritas por otras personas con contenido emocional. Un ejemplo de estos son los libros, obras literarias que te transportan al mundo que el autor quiere y te hace sentir una historia, así mismo los poemas o libros de poesía generan en el lector emociones diferentes según la interpretación del usuario. Actualmente, existen diversos listados de palabras clasificadas de acuerdo a dimensiones tales como la valencia afectiva y activación, que facilitan la estandarización y el control experimental. El más conocido a nivel internacional es el Affective norms for English words ANEW [37], adaptado al español por Redondo, Padrón y Comesaña [37]. 2.4.5. Expresiones Faciales dirigidas Está bien establecido que la activación de los músculos en una determinada emoción induce en el sujeto en cierta medida [39], un ejemplo de ello sería una cuando alguien te sonríe en un bar, inconscientemente genera en ti la misma alegría (en cierta medida) que esa persona te transmite. Estos sistemas piden al usuario que adopte una expresión facial concreta. 2.4.6. Realidad Virtual La generación de entornos virtuales permite la interacción y visualización de entornos y fenómenos simulados con herramientas tecnológicas. En el campo de la psicología clínica es una de las líneas con más potencial para el futuro. La RV es capaz de generar sensación de presencia y estados emocionales que pueden ser usados como terapia o tratamientos en trastornos psicológicos [29]. De hecho, las posibilidades terapéuticas de esta tecnología proporcionan resultados positivos en trastornos como la ansiedad social o claustrofobia, pues la RV es utilizada como una alternativa o suplemento a la exposición en vivo a estímulos y situaciones difíciles de reproducir en contestos reales y demostrando ser eficaz en dichos trastornos [39] [40]. No obstante, hay determinados factores que ponen en duda la capacidad de dichos sistemas para generar emociones como son la apariencia sintética del entorno o el nivel de realismo. Esto determinará también la eficacia de los entornos artificiales, aspecto clave del que dependen la sensación de inmersión del participante y por tanto la experimentación de la forma más real de las posibles sensaciones y emociones evocadas por el entorno virtual [29]. A la hora de generar emociones, un estudio reciente mostró que el 76% de los participantes prefieren una exposición basada en RV a una en vivo [40] [41]. Además de los altos niveles de preferencia la RV tiene varias ventajas: ▪ Los escenarios creados pueden ser muy similares a situaciones de la vida real, pudiendo controlar y regular los factores de la situación. ▪ Los escenarios de exposición pueden ser presentados a los pacientes en la comodidad y la seguridad de un ambiente terapéutico. ▪ Permite que el paciente se exponga a situaciones peores de lo que podría encontrarse en la vida real. ▪ Los pacientes son conscientes de que se exponen a algo inofensivo, aunque sus mentes y cuerpos se comporten como si lo fuera. De ahí, que los sujetos sean propicios a enfrentarse con mayor facilidad a situaciones difíciles en RV. ▪ Las sesiones de RV a menudo requieren menos tiempo que las sesiones en vivo, y se pueden planificar de manera más flexible y con menor coste [41]. Los protocolos de experimentación basados en RV son de muy reciente creación y por tanto el número de trabajos relevantes es escaso y los resultados obtenidos a día de hoy distan mucho de ser suficientemente positivos. De entre todas las opciones disponibles consideramos que esta técnica es la más prometedora. Emociones 15 15 Realidad Virtual Aplicada a emociones 16 16 3 REALIDAD VIRTUAL APLICADA A EMOCIONES os encontramos en un momento en el que la tecnología se va imponiendo, donde los objetos son inteligentes, están conectados y nos permiten interactuar con ellos de forma natural. Esto, junto con las posibilidades de crear y desarrollar mundos paralelos basados en tecnologías como la RV hace que nos encontremos en un punto clave para la historia de la humanidad. La innovación en las interfaces cerebroordenador (Brain Computer Interfaces, BCI) las han convertido en aplicaciones disponibles a medida que la tecnología de los correspondientes sensores se vuelve más económica. La interacción humana natural mediante BCI, hace que el comportamiento real del usuario, sus sentidos y pensamientos, controlen un dispositivo externo algo mucho más interesante si el dispositivo externo es un entorno de RV que consigue una inmersión completa y sin distracciones. Esto es debido a que añade la necesidad de mover los mandos, presionar botones o interaccionar de forma directa con los controles de la aplicación. La comunicación entre el humano y la máquina es más perfecta en un periodo de tiempo más corto al utilizar todos los sentidos, como audición, retroalimentación háptica, visión y somatosensación. Los dedos, la voz, la mirada, la piel, la cabeza y la posición del cuerpo son canales concurrentes de comunicación interactiva entre humanos y computadoras [42]. Una vez dentro del entorno virtual, la percepción humana de la inmersión se convierte en un factor medible [43], [44], pues dentro de las ondas de los usuarios se encuentra activas al tratar con el entrono virtual, tomar decisiones y moverse en él [45]. Por esto la RV se encuentra en la vanguardia de la investigación, pues es precisamente, medir todas las señales el objetivo para así controlar la realidad. Se analizan señales como EEG para encontrar señales de control en tiempo real. Es la línea de máxima investigación en la actualidad. A través de las BCI la RV puede impactar significativamente. Los sistemas BCI actuales utilizan señales EEG en tiempo real para procesar y traducir rápidamente las ondas procedentes del cerebro, en señal de control para el software de RV. Estas señales necesitan ser filtradas ya que tienden a ser ruidosas. Posteriormente se clasifican según características. Con las señales fisiológicas y el uso de una base de datos en la que sabemos con certeza que la emoción que se representa es la verdadera llevaríamos acabo la clasificación. Esto es, por ejemplo, en el caso del miedo, normalmente el latido del corazón se altera y sube de velocidad. Este es un patrón que podríamos reconocer con ciertas medidas (en este caso esta medida se realizaría mediante un electrocardiograma). Una vez obtenidas las señales fisiológicas de cualquier tipo, son procesadas por diversos algoritmos que nos sirven para detectar estas emociones [46]. Una de las aplicaciones que podría tener en relación a la RV, hemos encontrado artículos que relacionan esta tecnología con la medición o detección de emociones. Uno de ellos trata de medir la activación de emociones mediante RV. Una vez presentada la escena al usuario se toman medidas de señales biológicas para procesarlas y detectar de esta manera la emoción, como se ha explicado anteriormente [47]. El experimento consiste en la creación de cinco escenas para evocar: felicidad, relajación, depresión, angustia y miedo. Esto se desarrolló en un entorno de videojuegos 3D (no se especifica). Del mismo modo también crearon escenas de práctica para que los usuarios aprendiesen y se adaptaran. Los sujetos pasaran 60 segundos en cada escena y tras esto se les pedía que informase acerca de las emociones producidas [47]. Para la obtención de más datos se tomaron 10 sujetos que probarían de nuevo, y a los que se le conectaría 4 sensores para registrar señales biológicas en este caso: latidos del corazón, conductancia eléctrica de la piel, temperatura y frecuencia respiratoria. A partir de los datos obtenidos los autores adoptaron un Support Vector Machine (SVM) como núcleo de función de base radial (RBF) para constituir un sistema de reconocimiento de emociones. Por tanto, el experimento que se explica en este artículo sigue los mismos principios que deseamos incorporar al nuestro. Este principio de inducción de emociones a través de RV, lo vemos aplicado a otros proyectos con fines lúdicos o medicinales [47]. N 17 17 Desarrollo de un entorno de realidad virtual para la inmersión en experimentos de detección de emociones Otros experimentos investigan las expresiones básicas que se utilizan en la vida diaria y que son necesarias a la hora de gestionar las relaciones interpersonales. El estudio convencional de éstas con terapeutas tiene sus limitaciones pues depende de la capacidad de este para realizar mediciones objetivas, ya que éstas a su vez están condicionadas por los pacientes y la afectividad entre ellos. Además, existe la dificultad de proporcionar situaciones emocionales para la sesión de evaluación. Por ello, las técnicas de RV pueden superar las deficiencias que hemos comentado. En este estudio [48] se ha desarrollado un prototipo en RV que presentará una situación emocional para medir las características de la expresión [48]. El sistema constaba de un ordenador, un casco de RV (HMD) y un rastreador de posición. El entorno dependía de la orientación obtenida de la dirección de la cabeza de los participantes utilizando el rastreador fijo conectado al HMD, por tanto, el participante puede mirar a su alrededor de forma natural. Con los terapeutas y psiquiatras de entrenamiento en habilidades sociales crearon seis escenarios básicos, basados en situaciones emocionales de la vida cotidiana. Los escenarios que se han creado se componen de 3 situaciones negativas y 3 positivas que contenían diversas situaciones que involucran amigos, familiares, compañeros de trabajo en diversos entornos como una cafetería, una casa, la calle o un restaurante. El experimento estaba formado por 26 participantes sin experiencia anterior con RV y no han tenido problemas a la hora de usar dispositivos de interacción con los ordenadores, no han tenido problemas con capacidades sociales y la expresión emocional. Estos participantes han pasado a través de los diferentes entornos para posteriormente pedirles su opinión o pensamiento dentro de un tiempo dado después de la conversación con los avatares en cada una de las situaciones. El prototipo media varios parámetros en concreto; “inicio de la respuesta” (posterior a la conversación con un avatar en RV), “duración de la respuesta” y “observación de avatar” (durante la expresión de la emoción). La idea era diferenciar entre situaciones positiva y negativas, pero dados los resultados lo que se obtuvo es que las diferencias en los parámetros de RV se basan en el tipo de emoción y no la intensidad de esta [48]. Realidad Virtual Aplicada a emociones 18 18 19 19 Desarrollo de un entorno de realidad virtual para la inmersión en experimentos de detección de emociones 4 REALIDAD VIRTUAL n este capítulo hablaremos de lo referente a la Realidad Virtual, los elementos que implica y los problemas que puede causar. Incluiremos algunos detalles técnicos referentes a nuestro proyecto. 4.1. ¿Qué es la Realidad Virtual? El termino RV es acuñado por Jason Lanier, uno de los padres de esta tecnología, en 1989. En novelas y cine han aparecido ordenadores que crean un mundo futuro, describiendo un universo artificial y sintético que resulta creíble en la vida real. La Realidad Virtual permite realizar este mundo cibernético además de interactuar con él [49]. Desde la década de los 60 en la comunidad científica de todo el mundo se ha estado trabajando en este campo, reconociendo que esta tecnología es una interfaz hombre-ordenador de gran potencial y con muchas aplicaciones en el ámbito técnico, científico y de ocio. El primer autor que escribió sobre la “ilusión generada por ordenador” fue Ivan Sutherland “La pantalla es una ventana a través de la cual uno ve un mundo virtual. El reto es hacer que ese mundo parezca real, se comporte como algo real, suene como algo real, se sienta como algo real”1 [49] Sutherland es considerado como uno de los padres de los gráficos por ordenador, pues, aunque no los inventó, fue el que nos hizo ver el gran potencial de esto para generar gráficos interactivos [49] Ha transcurrido mucho tiempo y han sido necesarios grandes esfuerzos para que la tecnología informática haya desarrollado realidades virtuales útiles desde el punto de vista coste-beneficio. La primera generación realmente inmersiva se ha limitado a los centros de investigación y/o industria, donde se pueden justificar grandes costes en desarrollo de hardware y software. No sabemos con certeza cómo evolucionará la RV. Lo que sí sabemos es que cada vez los ordenadores y los dispositivos de RV son cada vez más pequeños y potentes, además de asequibles y podrán llegar a un público mayor [49]. La RV suele ser descrita de diferentes maneras lo que da lugar confusiones incluso en la literatura técnica. El público no especializado suele relacionar a esta tecnología de simulación digital con sus aspectos más superficiales, especialmente con los casos de visualización estereoscópica (capacidad del ser humano de integrar en una sola imagen tridimensional, en relieve y con suficiente profundidad, las dos imágenes que nos llegan de cada uno de nuestros ojos [50]). Esta visión tiene su origen en algunas películas de ficción y en reportajes periodísticos que son poco rigurosos [49]. La RV tiene numerosas definiciones, quizás tantas como autores se han acercado al tema. Leyéndolas con detenimiento, observamos que no todas parecen estar hablando de lo mismo [49]. La más sencillas de todas estas definiciones, a manos de Aukstalkanis y Blatner (1993:7 [43]), es “La realidad virtual es una forma humana de visualizar, manipular e interactuar con ordenadores y datos complejos”. No obstante, existen dudas terminológicas que hacen referencia a realidades virtuales o a “representaciones integrales” [49]. Una de las definiciones que se ha considerado más cerca de la idea de RV es la siguiente: “Una base de datos interactivos capaz de crear una simulación que implique a todos los sentidos, generada por un ordenador, explorable, visualizable y manipulable en “tiempo real” bajo la forma de imágenes y sonidos digitales, dando la sensación de presencia en el entorno informático”2 [49] De este modo, cuanto más sean los sentidos implicados mayor será la intensidad con la que se siente la experiencia simulada. El objetivo que tiene una interfaz de realidad virtual no es otro que el de conseguir una inmersión completa de los canales sensomotores humanos en una experiencia que podría ser denominada como vital y que está generada por ordenador. Podríamos decir que es una extensión de los sentidos mediante la que podemos vivir situaciones que no son reales. Esta técnica permite además percibir ideas abstractas y procesos para los cuales no existen representaciones previas o modelos físicos [49]. E Realidad Virtual 20 20 Dicho esto, el público general suele confundir esta tecnología con otra similares como son la Realidad Aumentada o la mixta. Por ello hablaremos de qué son y cuál es la diferencia. La Realidad Aumentada consiste en incluir o superponer en imágenes reales, obtenidas a través de pantallas, como por ejemplo la de los teléfonos inteligentes, elementos virtuales en 3D. Suele emplear el GPS o sistema de ubicación y la cámara de los dispositivos, no necesita otros accesorios y no es inmersiva. Como ejemplo tenemos el conocido juego Pokémon Go [51] [52]. Por otro lado, la Realidad Mixta engloba tanto la virtual como la aumentada. Podemos sumergirnos en un mundo virtual incluyendo elementos reales o podemos ver el mundo real con elementos digitales anclados en él. La integración debe ser realista, es decir, los objetos no deben poder traspasarse, la luz y las sombras deben ser acordes con el entorno etc. En un extremo de la realidad mixta tendríamos la RV: todo es virtual. En otro extremo de la realidad mixta tendríamos la realidad aumentada: sólo tenemos algunos objetos virtuales que se superponen con el entorno real. 4.2. Nociones técnicas Para que un sistema pueda ser considerado Realidad Virtual, debe ser capaz de generar digitalmente un entorno tridimensional en el que un usuario se sienta presente y en el que pueda interactuar de manera intuitiva y en “tiempo real” con los objetos que se encuentran dentro de él [49]. Estos objetos tridimensionales deben poseer propiedades propias, como son la gravedad o la fricción y ser capaces de mantener una posición y orientación en el entorno virtual de manera independiente al punto de vista del usuario. Del mismo modo el usuario debe tener la libertad de moverse y actuar en el entorno de modo natural. La sensación percibida será mayor cuantos más canales sensoriales sean estimulados [49]. El realismo de un entorno virtual viene dado por: • Resolución y fidelidad de la imagen. • Reproducción de las propiedades de los objetos y escenarios. • Reacciones de los objetos (tal y como lo haría un objeto real). • Interactividad. • “Feed-back” o respuesta sensorial. El sistema debería ser capaz de crear una experiencia sensorial completa o lo más cercano a ella. Por tanto, es importante, que el usuario pueda ver una representación virtual anatómica de alguna parte de su cuerpo (como sería, por ejemplo una de sus manos, la cabeza, brazos, etc.). Esto le servirá de guía espacial dentro del entorno digital. El nivel actual de desarrollo de las tecnologías requeridas no es aún suficiente para satisfacer todas las condiciones, sin embargo, se acercan mucho y pueden conseguirse entornos muy reales y creíbles [49]. Podemos distinguir tres tipos de entornos RV: 1 Pasivos: entornos inmersivos no interactivos. Ver, oír y quizás sentir lo que sucede en el entorno. 2 Exploratorios: sistemas que permiten el desplazamiento por el entorno virtual para explorarlo (ejemplo paseos arquitectónicos). 3 Interactivos: permites además de explora, experimentar con el entorno, modificarlo (nuestro caso) [49]. 21 21 Desarrollo de un entorno de realidad virtual para la inmersión en experimentos de detección de emociones 4.3. Elementos técnicos El esquema básico que debe seguir un sistema de Realidad Virtual debe incluir como mínimo: • El usuario. • El equipo de control, ordenador. • Dispositivos (o interfaces) de entrada y salida de datos. • El entorno virtual, inmaterial. Los dispositivos de entrada y salida de datos en el equipo de control sirven de puente en “tiempo real” entre el entorno y el usuario. Existen multitud de equipos que son capaces de realizar esta función. Nos referimos a las diferentes gafas de Realidad Virtual que permiten una visión estereoscópica, los mandos que permiten interactuar con el entorno artificial, las plataformas que nos dan sensación de estar en las diferentes superficies, así como la gran cantidad de dispositivos existentes que dan la posibilidad de hacer la experiencia mucho más realista. En este proyecto nos centraremos en el que hemos empleado para realizarlo: Oculus Rift/ Oculus Rift S (La primera se encuentra fuera del mercado debido a la salida a la venta de su sucesora) [53]. Existen entornos de RV más básicos que se consiguen con unas gafas de cartón (google cardboard), que son bastante económicas, y un teléfono inteligente capaz de reproducir este tipo de elementos. En algunos casos fabricantes conocidos como Samsung ofrece con la compra de sus dispositivos móviles unas gafas de Realidad Virtual. No obstante, estos elementos básicos, lógicamente, son más limitados y su interactividad se restringe a la vista del entorno. El conjunto que da lugar a la RV del experimento, en cuanto a componentes electrónicos se refiere, depende por completo del ordenador que se utilice. Esto es debido a que las gafas Oculus Rift S no cuentan con procesador propio y hacen uso del que incorpora el ordenador, así como de su memoria y componentes electrónicos. Esto hace también que el precio de éstas disminuya siendo más accesible para el público. En el siguiente apartado hablaremos de los requisitos necesarios para nuestro caso, qué tipo de procesadores se han empleado, la tecnología gráfica y la conectividad de las gafas entre sí y con el ordenador, así como del funcionamiento de los sensores y demás elementos de las mismas (como son, por ejemplo, los mandos y las cámaras que incorpora para la visualización del entorno). 4.4. Oculus Rift S Se trata de un casco que permite al usuario sentir que está realmente en un entorno virtual. Podríamos imaginarlo como unas gafas de esquí en el que los cristales de vidrio han sido sustituidos por pantallas. La pantalla muestra dos imágenes adyacentes entres sí, una para cada uno de los ojos. La combinación de lentes se coloca por encima de la pantalla, permitiendo hacer zoom de entrada y volver a dar forma a la imagen para ambos ojos, creando así una imagen 3D estereoscópica. Esta última versión de Oculus Rift está respaldada por un accesorio externo de seguimiento posicional, que ayuda a rastrear movimientos de la cabeza con mayor precisión. El resultado es la sensación de que estás mirando un mundo 3D más realista [53]. Las gafas, están construidas sobre la plataforma del anterior modelo Rift. Incorporan tecnología de rastreo que mejora la detección de movimientos denominada Oculus Insight para que la sensación de desplazamiento en el entorno virtual sea más inmersiva. Este sistema funciona a escala de la habitación ya que como sabemos para funcionar necesitan estar conectado a un ordenador. El visor de las Oculus Rift cuenta con cinco sensores para seguir el movimiento, potenciando la sensación al agarrar y señalar objetos. Las Rift S nos permiten ver el entorno sin necesidad de quitarnos el casco (tecnología Passthrough+ de la que hablaremos más adelante) [51]. Al tratarse de un dispositivo que es dependiente por completo del ordenador que usemos, éste necesitará unos requisitos mínimos, que son los siguientes: Intel i3-6100/AMD Ryzen 3 1200, FX4350 o superior, 8 GB RAM, Windows 10, NVIDIA GTX 1050 Ti/AMD Radeon RX 470 o superior, DisplayPort 1.2 (se incluye un adaptador en la caja), USB 3.0 [33]. Realidad Virtual 22 22 Lo cierto es que la RV necesita una gran potencia de computación debido en primer lugar a que hace uso de una tasa de refresco muy elevada (mayor de lo normal) para conseguir una sensación de normalidad y naturalidad en la interacción con el entorno virtual. Esto no es solo favorable para la experiencia transmitida, sino también para reducir la sensación de mareo que encontramos en ediciones anteriores de este mismo modelo o en algunos más económicos [54]. Por lo general, la tasa que pretenden lograr los juegos convencionales de ordenador son unos 30 fotogramas por segundo (en adelante fps) que son considerados suficientes para lograr una experiencia notable. No obstante, en este ámbito impera el cuanto más mejor. De ahí la necesidad de unos componentes con gran potencia que consigan una elevada cantidad de fps [54]. Las Oculus cuentan con una pantalla que incorpora un visor con una resolución de 2560 x 1440 píxeles que se reparten en 1280 x 1140 para cada ojo. Emplean una tecnología LCD con una tasa de refresco de 80 Hz. La tasa de refresco se refiere a la capacidad de la pantalla de actualizar el número de imágenes que muestra por segundo. Es diferente a los fps que contabiliza los fotogramas idénticos entre sí [55] [51]. Una pantalla LCD como tal es un tipo de tecnología que necesita retroiluminación ya sea en forma de LED o de fluorescente. En la actualidad se utiliza LED puesto que su consumo es bajo y tiene una gran eficiencia. Este tipo de panel está construido en varias capas que van desde la fuente de luz, al cristal que cubre todo, pasando por dos filtros de polarización (normalmente perpendiculares entre sí), filtros de color y capa de moléculas de cristal líquido (tipo especial de estado de agregación de la materia que se encuentra entre los estados sólidos y líquidos) entre otras. Sin el cristal líquido entre los filtros de polarización, la luz que atraviesa el primero de ellos sería bloqueada por el siguiente. La capa de cristal líquido se encuentra conectada a electrodos que. dependiendo de la carga empleada dejará pasar más o menos luz [54] La organización de estas moléculas de cristal que observamos en estos paneles es de tipo helicoidal, para que la luz que atraviese esta capa desde el primer filtro de polarización se gire y pueda atravesar el segundo filtro. Todo ello para conseguir luz que irá desde el “negro” (la hélice se encuentra completamente desenrollada y por tanto bloqueada por el segundo filtro) al “blanco”. De esta forma podemos conseguir los diferentes tonos en blanco y negro que al pasar por los filtros del color consiguen darnos la imagen deseada [56] Ilustración 4-1: LCD [57] 29 29 Desarrollo de un entorno de realidad virtual para la inmersión en experimentos de detección de emociones ➢ Marcado con un dos, se presenta la barra de menús en las que encontramos diferentes opciones similares a las que encontramos en cualquier programa. A continuación, mostraremos una lista de los elementos que encontramos y para qué sirve cada uno. • File: en esta ventana que se nos abre podemos crear nuevos proyectos e importar/exportar otros. Del mismo modo las opciones de guardado • Edit: editar o modificar lo realizado, es decir podemos retroceder en lo que hemos realizado. También encontramos las posibilidades de desplazar, agrandar, etc. Disponible con acceso directos en el siguiente panel. • Tools: herramientas básicas como espejo, capas, etc. También encontraremos estas opciones en los modificadores del objeto (panel que explicaremos más adelante). • Group: esta opción es bastante interesante desde el punto de vista de proyectos grandes pues nos permite seleccionar todos los objetos y agruparlos en uno solo para poder trabajar con ellos de formas más ordenada (objetos combinados). A demás, de un proyecto más limpio y ordenado. • View: ajustes del view port. • Create: este es el menú donde encontraremos los objetos que podemos crear desde una simple línea hasta un sistema de partículas o líquidos, pasando por planos o polígonos de diferentes formas. Bastante intuitivo. • Modifers: ventana o menú para los modificadores de los objetos, más adelante hablaremos de ellos pues están disponibles también desde otro menú. • Animations: ajustes y modificaciones de las animaciones que podemos realizar en los diferentes objetos y personajes. En este proyecto no se realizó ninguna en este programa pues estas no se exportan a Unity, motor de videojuegos del que hablaremos en apartados posteriores y que nos permite también realizar animaciones. • Graph editors: ofrece acceso gráfico a la edición de animaciones y objetos. Esta opción no se ha usado en la realización de este proyecto, pero podría ser muy útil en otros. • Rendering: veremos los comandos y utilidades de renderizado. Tamaño, iluminación, fondo etc. Para los videos o imágenes posteriores. Ilustración 5-3: Ventana render Metodología 30 30 Esta es la ventana de opciones de renderizado donde podemos elegir el tipo de vista, el renderizador y de más opciones la calidad del renderizado dependerá de los parámetros como la reflexión. Estos serán configurables desde el panel Arnold render. Cuanto más altos estos parámetros más alta será la calidad. Esto implicará un mayor consumo de recursos, así como la necesidad de más tiempo para obtener la imagen o video. • Civil view: ofrece una vista civil para proyectos de otro tipo. • Customize: ofrece el acceso a los controles que permiten personalizar la interfaz de usuario del programa • Scripting: contiene los comandos para poder realizar scripts, es decir, pequeños programas que realicen una función concreta como es por ejemplo generar lamas iguales de un suelo de parqué. • Interactive: para permitir pequeña interactividad, de nuevo no se usa en este proyecto. • Content: librería de 3ds Max. • Arnold: esta opción aparece debido a que el renderizador usado es Arnold. Encontraremos información sobre él. • Help: panel de ayuda donde podemos buscar alguna duda sobre el funcionamiento del software. ➢ Con un 3 encontramos enmarcados los accesos rápidos más usados o que el creador del programa cree que usaremos más como son desplazar, agrandar o girar objetos, entre otras opciones. Esta barra es editable y podemos añadir otros accesos que sean para nuestra utilidad, desde la barra principal en la opción customize. ➢ La ventana número 4 mostrará una lista de los objetos creados, así como de los grupos y nos dará la opción de mostrar o no los objetos en el viewport (si no se visualizan no se renderizan). A demás, de una pequeña clasificación a la izquierda del tipo de elementos, pudiendo ver solo aquellos que nos interesen. Ilustración 5-4: Ajustes del render 31 31 Desarrollo de un entorno de realidad virtual para la inmersión en experimentos de detección de emociones ➢ Con un 5, encontramos las opciones de animación, con los típicos controles de pausa y continuación. En forma de línea temporal (en fotogramas) podremos observas las distintas animaciones que se han grabado, también por colores podremos distinguir de que tipo es (agrandar, mover, etc.) Ilustración 5-5: Control de fotogramas la barra roja indica que se está grabando la animación (se activa presionando auto, también en rojo) y como se observa en la parte izquierda las animaciones grabadas como pequeños cuadrados de colores. El eje temporal, se puede extender, es decir podemos añadir más fotogramas (presionando en el reloj con una turca justo debajo del icono de adelantar). Ilustración 5-6: Ajuste de línea temporal ➢ El 6 es la ventana de creación de objetos, pues no solo se pueden crear desde la barra de menú. Aquí también podremos encontrar los modificadores una vez el objeto se haya creado. También podemos editar la herencia de los objetos, movilidad, etc. Es una ventana multiusos que facilita el trabajo en gran medida. ➢ Llegando al final con 7 es un acceso directo hacia el editor de materiales, cuando presionamos nos abrirá una ventana donde dispondremos de todas las opciones de creación de estos. También veremos todos los que tenemos. o En la ventana que nos aparecerá será algo similar a la mostrada. Aquí incluimos un material ya creado básico. Con 1 encontramos la ruta a seguir para crear el tipo de material que deseemos, mapas y demás. Esta opción se mostrará al hacer clic derecho del ratón. o El 2 nos indica un material ya creado (en este caso se trata de uno tipo Arnold standard Surface). La pelota en la parte izquierda indica cómo va quedando, es decir, si realizamos algún cambio lo veremos reflejado ahí. También podemos ver las propiedades justo debajo con un círculo a su izquierda, en el que podremos añadir diferentes mapas y modificadores. Ilustración 5-7: Ventana editor de materiales Metodología 32 32 Cuando se ha conseguido el resultado esperado para incluir este en un elemento creado, arrastramos con el ratón desde el circulito de la derecha hasta el elemento y ya quedaría asignado. Para visualizarlo habría que renderizar, pero hay un atajo que nos da la opción de verlo en el view port (de manera aproximada) se encuentra marcado con un 5 en la imagen y una vez seleccionado aparecerá en rojo. o El número 3 nos da las diferentes propiedades del material, pero con más parámetros para editar y conseguir el efecto deseado para nuestro proyecto. Podemos añadirle textura, brillo, transparencia, etc. o Llegando al final con un 4 encontramos la lista de modificadores disponibles para los materiales, es extensa y de gran variedad para conseguir efectos como purpurina o añadirle relieve. o Por último, en la ventana principal nos faltaría mencionar el panel que se muestra cuando hacemos clic derecho del ratón. De nuevo son atajos para clonar objetos u otras utilidades. Ilustración 5-8: Visibilidad de material Ilustración 5-9: Opciones clic derecho 33 33 Desarrollo de un entorno de realidad virtual para la inmersión en experimentos de detección de emociones 5.2. Implementación en 3ds Max A lo largo de este apartado describiremos una serie de elementos realizados con este software y que nos servirán para la creación del entorno realista que necesitamos para este proyecto, así como de algunos de los elementos que encontramos en ellas y los materiales y texturas utilizados. Suelo Para la realización de la primera habitación, comenzaremos por la creación de un plano que nos servirá a su vez de suelo. Se podría hacer uso de un plano generado en AutoCAD en caso de ser necesario, no obstante, decidimos hacerlo nosotros mismos. Para ello hicimos uso de la herramienta básica de creación de objetos en este caso sin volumen, pues no es lo que buscamos. Una vez creado el plano del tamaño adecuado, procedemos a crear el material. Para la creación de éste, abrimos el panel de materiales (haciendo clic derecho del ratón, material, Arnold, estándar, estándar Surface). Añadimos un modificador en este caso un bump 2D que nos sirve para crear la textura, en este caso parqué. Lo asignamos a la propiedad “normal” del material, cargamos la imagen del parqué en base color obtenida de una plataforma de forma gratuita, bajamos la reflexión para que no brille y asignamos finalmente al plano (suelo) creado anteriormente [73]. Pared Para la realización de las paredes, nos colocaremos en la vista “top” (para verlo desde arriba). A continuación, en la barra del menú presionamos sobre el icono del imán, “snaps”, en el seleccionaremos “2D snaps”. Para la mejor realización de las paredes en ese mismo icono hacemos clic derecho del ratón y en este nuevo menú llamado “Grid and Snap Settings”, habilitamos vertex (refiriéndonos a los vértices de las figuras) y deseleccionamos todo lo demás. Ilustración 5-10: Realización del suelo Metodología 34 34 Seguimos con la creación de la pared, para ello en el panel seleccionamos la siguiente ruta create → Geometry → AEC Extend → Wall. Ajustamos la altura, anchura deseadas para conseguir una visión más realista. Presionamos en la esquina exterior del plano de la habitación que deseamos crear y desde ahí nos movemos al resto creando así el espacio. En el panel “Modify” podemos modificar, si fuese necesario, las características de la pared. Para la asignación del material procedemos de la misma manera anteriormente explicada [73]. Ilustración 5-11: Grid and Snaps Settings Ilustración 5-12: Panel Create 35 35 Desarrollo de un entorno de realidad virtual para la inmersión en experimentos de detección de emociones Puertas y ventanas Para la creación de la puerta seleccionamos en el menú create → Geometry → Doors. Encontraremos varias opciones, elegiremos la que más se ajuste a nuestra idea. Ajustamos los parámetros para que sea más realista y lo colocamos sobre la pared en la que debe de estar. En el cuadro de Modificaciones podemos determinar el porcentaje de ella que quiero que este abierto [73]. Para la creación de las ventanas el procedimiento es el mismo, pero en lugar de seleccionar sobre doors, seleccionaremos Windows. Ilustración 5-13: Creación de paredes Ilustración 5-14: Creación de puertas y ventanas Metodología 36 36 A la hora de asignarles materiales a estos elementos, debemos hacerlo de otra manera ya que están formados por diferentes polígonos (el cristal, los marcos, etc.) y queremos que tengan texturas distintas no una sola. Para poder hacer esto en el editor de materiales añadimos un modificador llamado, multisub-object (permite la asignación simultanea de varios materiales a un mismo elemento), y colocamos sobre él los materiales necesarios. Una vez finalizado esto, asignamos este a la puerta o ventana deseada [73]. Techo En este caso, para la realización del techo será suficiente con crear una copia del suelo y desplazarla hacia el lugar adecuado. Esto se puede hacer de dos maneras: la primera seleccionando el objeto a copiar, en este caso el suelo, y a la vez presionar la tecla shift, esto creará una copia; y la segunda haciendo clic derecho del ratón sobre el objeto seleccionado clonar [73]. Objetos En cuanto a la colocación de objetos en las habitaciones tenemos dos opciones: la primera, y más complicada, crearlos nosotros mismos (algunos de los objetos mostrados en el proyecto han sido creados de esta manera); y la segunda buscarlos en internet y exportarlos al proyecto. En nuestro caso hemos creado algunos elementos básicos como lo es por ejemplo una mesa, en la que se encuentra una lámpara. Ilustración 5-15: Asignación de materiales 37 37 Desarrollo de un entorno de realidad virtual para la inmersión en experimentos de detección de emociones Se trata de una mesa sencilla formada por polígonos 6 cilíndricos en el último de ellos que es transparente se aplicaron modificadores que dan el aspecto redondeado y dan una apariencia más realista. Para realizar esto transformamos el cilindro a editable poly (clic derecho del ratón) con esto podremos eliminar la tapa de este ya si realizar ese relieve en el borde. En la ventana de modificadores seleccionamos polígono para así poder seleccionar y eliminar la tapa superior Ilustración 5-16: Mesilla Ilustración 5-17: Creación de objeto Ilustración 5-18: Selección de polígonos Metodología 38 38 Una vez eliminada presionando suprimir, de nuevo en la ventana de modificadores seleccionamos la esta vez borde para poder realizar un extrude (otro modificador que en este caso nos dará el ancho del relieve) hasta tener la forma desead. Por último, presionamos en cap en la ventana de modificadores que cierra el agujero sobrante. Para darle la forma más redondeada a los bordes encontramos la opción llamada chamfer que crea segmentos (edge) nuevos y consigue la forma redondeada. Solo tenemos que seleccionar la parte que necesitamos, en este caso el radio exterior. A continuación, se adjuntan imágenes de otros elementos creados para este proyecto. El proceso de creación de alguno de ellos ha sido bastante largo. Esta copa parte de un polígono cilíndrico (en realidad casi todos los elementos parten de un cilindro o un cubo) que se estrecha de forma progresiva para poder conseguir esta forma cónica. Para poder darle profundidad como la de un vaso se realiza un procedimiento similar. También encontraremos varios elementos más como una chuchara enrollada o un paño, que se han creado haciendo uso de diferentes técnicas dentro del software. El líquido generado en 3ds Max no puede exportarse por incompatibilidad con el motor de videojuegos Unity. Como estos elementos también encontramos cucharas, platos y vasos de diferentes formas. Estos objetos permitirán al usuario familiarizarse con funciones de los mandos. Ilustración 5-20: Chamfer Ilustración 5-19: Extrude 45 45 Desarrollo de un entorno de realidad virtual para la inmersión en experimentos de detección de emociones Del mismo modo que hicimos anteriormente tenemos marcadas en la imagen las partes más importantes de la ventana de inicio. ➢ Con un 1 tenemos la barra de menú, las opciones que encontramos son las siguientes: o File: aquí encontramos las opciones de abrir y crear nuevas escenas, así como de guardarlas y los ajustes del programa. También encontramos las opciones de crear o abrir proyectos. o Edit: encontramos las típicas opciones de edición, copiar, pegar, etc. También la opción de play que nos permite iniciar el juego. o Assets: hace referencia a las carpetas que aparecen en la parte inferior del programa (número 4) crearlas, abrir el explorador de archivos, etc. o GameObjects: En esta opción se encuentra la posibilidad de crear objetos ya sea 2D o 3D. Así como del resto de elementos, luces, efectos, etc. o Component: Aquí encontraremos los modificadores o componentes que podremos añadir a los elementos del proyecto. o Window: Ajustes de lo que podemos o queremos ver en la pantalla de inicio. o Help: la ayuda respecto al programa, manuales, foros, etc. ➢ Con un 2 tenemos al view port donde tendremos la representación de nuestra creación. Por defecto se incluyen una “cámara”, que a la hora de presionar en play (número 5) mostrará “lo que ve” la cámara, y un “sol” que hace la función de iluminante de la escena como si de una fuente natural de luz se tratase, pudiendo modificar dirección y posición (esta última no afecta realmente pues ilumina toda la escena, no un punto concreto). A demás en la parte superior encontramos 4 opciones más: o Game: es lo que ve la “cámara” o personaje a la hora de presionar el play o Asset Store: es la tienda de complementos y elementos que podremos necesitar a la hora realizar el proyecto. o Animator: es la ventana donde podremos hacer las animaciones que nos interesen, más a delante se hará referencia a esto. ➢ En el 3 encontraremos una lista con todos los elementos del proyecto, luces, objetos, avatares, etc. ➢ Con un 4 encontramos un explorador de archivos, donde aparecen las carpetas del proyecto, más adelante veremos que aquí se mostraran los distintos elementos como son los materiales. Por otra parte, encontramos también la opción de animación donde se muestra la línea temporal de cada animación y que nos permite realizar las ediciones necesarias. Ilustración 5-30: Ventana Unity Metodología 46 46 ➢ El 5 es el menú básico de play, pausa y continuación que nos permite traspórtanos a la ventana de juego para hacer pruebas. ➢ Y por último el 6, inspector, aquí aparecerán todas las opciones una vez que creemos algún elemento. Por ejemplo, si creamos un material, aquí aparecerán las opciones de este como son el color, brillos texturas, entre otros. También, tenemos la opción de lighting, que son los ajustes de iluminación del entorno, por ejemplo, como queremos la calidad de las sombras (si las tenemos activas, por defecto no), si la queremos en tiempo real, la intensidad, etc. Ilustración 5-32: Iluminación Unity Ilustración 5-31: Ventana edición de animaciones 47 47 Desarrollo de un entorno de realidad virtual para la inmersión en experimentos de detección de emociones 5.4. Implementación en Unity Creación de un proyecto para gafas de Realidad Virtual (Oculus Rift S) Lo primero que debemos hacer es crear un proyecto nuevo en Unity en modelo 3D y guardarlo en la ruta deseada, como se ha explicado en apartados anteriores. Una vez se abre Unity vamos a configurar el proyecto para Android, ya que es la plataforma que el sistema de las Oculus utiliza. Nos dirigiremos a files, build settings, seleccionamos Android. Para que se configure la plataforma seleccionamos switch platform [76]. Ilustración 5-33: Proyecto android 1 Ilustración 5-33: Proyecto android 1 Ilustración 5-34: Proyecto android 2 Metodología 48 48 A continuación, nos dirigimos a player settings donde configuraremos el nombre de la compañía entre otros parámetros. En other settings ajustamos el resto de parámetros, y seleccionamos la versión de Android. Dentro de estos ajustes, activamos el virtual reality supported y asignamos el SDK en este caso el de Oculus, para que permita su uso posteriormente [76]. Para poder hacer uso de las funciones de Oculus es necesario descargar e importar un paquete que contenga todos los elementos necesarios. Antiguamente para obtener estas funciones se debía acceder a la web de Oculus para descargar dicho paquete, actualmente basta con registrarse en Unity, lo cual te da acceso al Asccent store (tienda virtual de elemento Unity), disponible desde la propia ventana inicial del motor de videojuegos [76]. Una vez registrados y con acceso, nos dirigimos al buscador y escribimos Oculus, una de las primeras opciones será Oculus Integration. Descargamos e importamos y ya podemos comenzar a crear [76]. Ilustración 5-35: Proyecto android 3, SDK Ilustración 5-36: Proyecto android 4, SDK 49 49 Desarrollo de un entorno de realidad virtual para la inmersión en experimentos de detección de emociones Exportación de modelos 3ds Max Una vez hallamos acabado de modelar y de crear los diferentes escenarios y objetos en 3ds Max, lo importaremos a Unity. Los archivos se guardarán con el formato .max, que es compatible con Unity. No obstante, nos iremos a files y elegiremos exportar guardando el archivo como .fbx que contendrá toda la escena creada. Arrastramos ese archivo a la ventana de proyectos de Unity, y con eso concluiría la exportación. Hay que recordar que texturas y materiales creados en 3ds Max no serán exportados de ningún modo (a no ser que sean básicos, tipo colores sólidos entre otros) tampoco lo serán los distintos tipos de iluminación, por tanto, habrá que crearlos dentro de la plataforma. Un detalle a tener en cuenta es que los objetos importados desde 3ds en Unity no conservarán ninguna clase de modificador. Esto implicará que, cuando interactuemos con los diferentes objetos, los atravesemos. Para evitarlo, añadiremos un modificador “mesh collider” seleccionando el objeto y pulsando add. Esto impedirá que pasemos como si nada por objetos y paredes [77]. Ilustración 5-37: Paquete Oculus Ilustración 5-38: Exportación de modelos Metodología 50 50 Creación de materiales El que los materiales no se exporten o no funcionen es debido a que Unity es un motor de creación de videojuegos y renderiza en tiempo real. En 3ds usamos Arnold ya que proporciona los mejores efectos de fotorrealismo, pero Unity no trabaja con él [78]. Es aconsejable crear una carpeta dentro del proyecto en la que almacenar los materiales. Para ello crearemos un “Ascent” (carpeta) dentro de la ventana “Project” en el menú que aparecerá al hacer clic derecho del ratón. [78] En la carpeta contenedora, en el mismo menú creamos el material haciendo de nuevo clic derecho del ratón “create” → material. Nos aparecerá una especie de esfera, esta será el nuevo material, presionando dos veces en él, aparecerán en la ventana inspector (esquina superior derecha) abrirán las diferentes opciones a la hora de crear el material. En el inspector podemos seleccionar las diferentes opciones para que el material pueda ser más realista. Aquí encontraremos las opciones para dar textura o el tipo de material, por ejemplo [78] . Ilustración 5-39: Materiales Unity 1 Ilustración 5-40: Materiales Unity 2 51 51 Desarrollo de un entorno de realidad virtual para la inmersión en experimentos de detección de emociones Una vez realizado el material para verlo y asignarlo al objeto del proyecto arrastraremos éste hasta dicho objeto. En el visor ya podemos ver el material y si fuese necesario realizar algún ajuste [78]. Iluminación de la escena La iluminación de una escena es algo bastante complejo, pero también necesario y que da un mayor realismo al proyecto. En este caso haremos uso de unos pasos sencillos para iluminar la escena de manera adecuada. Una vez asignado todos los materiales al modelo creado, comenzaremos haciendo uso de la luz que viene por defecto, la luz solar. Ésta aparece representada como un sol y podemos ajustar los diferentes parámetros, lleva el nombre de directional ligth y la podemos crear desde el panel Project. Esta luz la podemos mover y no cambia ya que solo se modifica a partir de la rotación. Una vez ajustada la rotación a la posición que queremos, tenemos que activar las sombras ya que vienen desactivas por defecto, también debemos ajustar la intensidad. Es posible que una vez realizado esto sigamos teniendo zonas oscuras con demasiada claridad. En este caso, podemos realizar otro ajuste de la luz ambiental dirigiéndonos al panel lighting para ajustar los parámetros de la luz ambiental y activando la opción realtime Lighting [79]. Unity también puede hacer un cálculo eficiente de la luz que entra en el espacio creado si definimos los objetos que se mantendrán de manera estática en la habitación para ello seleccionamos dichos objetos y en el inspector checamos la opción static. Se observa ahora que la luz rebota en aquellos elementos que permanecerán estáticos dando de esta manera una visión más real del espacio [79]. Además, Unity cuenta con otro tipo de luces que podemos usar en cualquiera de los espacios creados en nuestro caso hicimos uso tanto de la luz tipo spot como la de area para crear algunos efectos en uno de los escenarios. Estas luces pueden también incluir animaciones que den el resultado deseado. Esto se realiza seleccionando la luz que queremos que tenga cierta animación, hacemos clic derecho create, damos un nombre a la animación para guardarla y en la barra de tiempo que aparece vamos modificando según queramos. Todo ello debemos tener presionado el botón rojo de grabar para que esta animación quede guarda. Para ver el efecto creado presionamos el botón de play. Si queremos usar dicha animación en otra luz, desde el ascent nos dirigimos a la ubicación de la animación creada anteriormente seleccionamos y arrastramos a la luz que queramos que tenga el mismo efecto [79]. Ilustración 5-41: Iluminación de escena Unity 1 Metodología 52 52 Primera persona En este apartado explicaremos cómo vamos a crear la cámara o personaje que nos permitirá movernos por el entorno virtual e interactuar con los objetos. Lo primero que deberemos hacer es habilitar las fuentes externas de la aplicación de Oculus para que de este modo podamos usarlas con Unity [80]. El siguiente paso a seguir será la creación del avatar o primera persona que nos permita interactuar en el entorno virtual. Para ello en Unity en la ventana de proyectos buscaremos OVRPlayerController, se treta del avatar. [77] Para continuar realizaremos una serie de cambios para que el avatar haga lo que deseamos. Procedemos entonces, a seleccionar el Playercontroller, dentro de este buscaremos OVRCameraRig para seleccionar el nivel de visión, usaremos nivel del suelo ya que más adelante nos será útil para una mayor naturalidad en los movimientos [77]. Ilustración 5-42: Iluminación de escena Unity 2 Ilustración 5-43: Habilitar fuentes externas Unity 53 53 Desarrollo de un entorno de realidad virtual para la inmersión en experimentos de detección de emociones Para generar este movimiento de naturalidad del que hablábamos antes, colocaremos character camera contrains, que lo que hace es generar movimientos más reales a la hora de moverse con las Oculus. Seleccionamos OVRCameraRig y la arrastramos hasta la opción de camera Rig dentro de character camera. Esto asociara la cámara del avatar al modificador [77]. Debemos seleccionar la opción Dynamic height dentro del modificador para que éste reconozca cuando una persona gira la cabeza, por ejemplo, entre otras cosas [77]. Ilustración 5-44: Creación de avatar 1 Ilustración 5-45: Creación de avatar 2 Ilustración 5-46: Opciones avatar Metodología 54 54 Para poder interactuar con la escena necesitaremos la representación morfológica del cuerpo, las manos. En el buscador en la ventana de project buscaremos CustomHandLeft y CustomHandRigth y la añadiremos a la escena. Para asociar las manos ha de nuestro avatar seleccionaremos ambas manos y en las opciones, veremos la opción Parent Transform. En esta opción colocaremos el TrakingSpace de nuestro avatar arrastrándolo [80]. Interacción con los objetos El siguiente paso es hacer que los objetos sean interactuables con el entorno, es decir, que los podamos coger, tirar, etc. Tras varios intentos, hemos llegado a la conclusión de que la mejor opción es colocar un box collider al objeto y un rigidbody (que hace que el objeto sea rígido y que al soltarlo tenga gravedad) ambos modificadores. Por último, un fragmento de código que se encuentra dentro de Unity que es un OVR grabable, que permite la interacción con el objeto [77]. Dentro de las opciones de RigidBody tenemos la opción de cambiar la masa del objeto. Esto lo haremos con el objetivo de que no todos los objetos pesen lo mismo por lo tanto no debería ser igual de fácil mover un libro que un mueble que un sillón [77]. En este apartado incluiremos el código que permite empujar objetos. public class FollowFisical : MonoBehaviour { public Transform target; Rigidbody rb; // Start is called before the first frame update void Start() { rb = GetComponent<Rigidbody>(); } // Update is called once per frame void FixedUpdate() { rb.MovePosition(target.transform.position); } } Fondo de la escena En Unity se le denomina al fondo de la escena skybox, viene uno por defecto, pero si lo queremos cambiar podemos hacerlo. Para ello, obtenemos en primer lugar un skybox ya sea del asset store o creándolo nosotros mismos. En nuestro caso usamos la primera. Una vez descargado e importado basta con dirigirnos a la ventana lighting y en la sección skybox arrastramos el importado. Deben ser imágenes HDR, a la hora de crearlos. Para dar un poco de realismo decidimos colocar un terreno a modo de superficie [80]. 61 61 Desarrollo de un entorno de realidad virtual para la inmersión en experimentos de detección de emociones Referencias 62 62 REFERENCIAS [1] Greenberg, L. Emociones una guía interna: problemas sigo y problemas no [En línea]. Bilbao: Desclée de Brouwer. 2000 [ultimo acceso enero 2020]. (354 p.) Disponible en: https://fama.us.es/discovery/fulldisplay?vid=34CBUA_US:VU1&search_scope=all_data_not_idus&t ab=all_data_not_idus&docid=alma99139894905256&lang=es&context=L&adaptor=Local%20Searc h%20Engine&isFrbr=true&query=any,contains,emociones&facet=tlevel,include,online_resources&o ffset=0 [2] Rivera Arrizabalaga Á. Arqueología de las emociones. Vínculos de Historia 2015(4):41-61. [3] net El blog del Dr, Enriquerubio [En línea], Rubio E. SISTEMA LÍMBICO. 13 de diciembre 2019 [citado enero 2020]. Disponible en: http://enriquerubio.net/sistema-limbico [4] L. 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