Media.Lab: Computación Gráfica, Realidad Virtual y HCI

El media.lab es un espacio multidisciplinario centrado en la investigación y desarrollo de aplicaciones de computación gráfica, realidad virtual e interacción humano-computadora.

Simuladores de Entrenamiento y Realidad Virtual

La línea principal del media.lab se centra en investigar e implementar técnicas innovativas para el diseño de simuladores de entrenamiento; sistemas que permiten capacitar operarios en el uso de máquinas y vehículos a través de una serie de ejercicios, haciendo sentir a los alumnos que se mueven en el mundo real.

Un simulador de entrenamiento permite la repetición de un determinado ejercicio tantas veces como el instructor considere necesario, así como la utilización de la maquinaria en situaciones que no son factibles con el equipo real: operación con fallas del equipo, condiciones meteorológicas extremas, operación en situaciones de presión, etc. Estos desarrollos tienen dos fases principales, una es la de los efectos gráficos de computadora, importantes para que sea impactante sensorialmente y el otro es el modelado numérico, mediante el cual se consigue modelar los comportamientos tal como ocurren en la realidad.

Esto último es importante, ya que a diferencia de un videojuego no alcanza con parecer, tiene que ser real. Porque sino el operario no se está capacitando, simplemente está jugando. Por ejemplo, en un simulador de embarcación, no es lo mismo que la superficie del agua se mueva con ondas convincentes, que modelar la fluido-dinámica de esa superficie y considerar el oleaje que produce el paso de una embarcación cercana.

Hasta no hace mucho tiempo, este tipo de capacitación estaba restringida a pilotos de aeronaves y eventualmente a prácticos que manejan grandes embarcaciones. Esto se debía a que el costo de un simulador de realidad virtual era extremadamente alto, al punto que sólo existían una o dos instalaciones de este tipo en el país por las que se debió pagar varios millones de dólares. Hoy en día estos simuladores pueden ser completamente desarrollados aquí a una fracción de su costo internacional y a medida de los requerimientos locales.

El grupo lleva un largo camino en este campo, que comenzó en 2001 con el desarrollo de un simulador de radar para la Escuela de Náutica. En aquél trabajo (realizado en conjunto con INVAP) se modeló en tiempo real la visibilidad de topografía y objetos en la escena desde la posición actual de una embarcación. Luego siguieron un simulador de periscopio, uno de instrumentos de pesca, otro para maniobras en buques, otro para un radar de aeronaves, entre otros; sumando casi una docena.

El último proyecto, es un simulador que permite el entrenamiento en la operación de una máquina excavadora hidráulica. Surgió de un pedido explícito de la Secretaría de Empleo, del Ministerio de Trabajo y Seguridad Social de la Nación para ser utilizado en capacitación y formación de operarios. Actualmente el proyecto se encuentra en la fase final de desarrollo y el equipo interactúa con dicho Ministerio, con la Cámara Argentina de la Construcción y la Fundación UOCRA para establecer alcances y mejoras.

Tecnología para Todos

Muchas de las tecnologías utilizadas en un simulador de entrenamiento pueden ser aplicadas en otras áreas. Por ejemplo, junto al CIDEP (Centro de Investigaciones del Desarrollo Psiconeurológico) ideamos “Simón”, una plataforma de software que permite crear videojuegos aplicados al aprendizaje de niños con autismo; el cual luego fue adaptado y ahora se está utilizando también en ATAD (Asociación Tandilense de Ayuda al Discapacitado). La propuesta se centra en el desarrollo de videojuegos para computadora con una base lúdica que permite su personalización a las capacidades motrices y cognitivas de cada niño, propiciando el aprendizaje de actividades de la vida diaria y motivando la comprensión y asimilación de conocimientos. Para ello, utilizamos tecnologías que permiten control e interacción sin necesidad de tener contacto físico con un controlador de videojuegos tradicional, mediante una interfaz natural de usuario que reconoce gestos, comandos de voz, y objetos e imágenes.

Este mismo concepto de interfaz natural se utilizó también en un sistema de domótica, el cual es capaz de automatizar distintas tareas cotidianas (como encender la TV o atender el teléfono) haciendo la vida más fácil para personas con movilidad reducida. Este sistema se está implantando con éxito en Francia y Noruega, junto a investigadores de institutos de I+D de dichos países.

De manera similar, ocurre con la tecnología CAVE,  la cual tiene gran aceptación y fortalece el encuentro entre las ciencias (como la neurociencia), las ciberterapias y la tecnología.  En estos entornos virtuales, las personas pueden ejercitarse (o rehabilitarse) en múltiples situaciones operativas similares a las que se presentan en el mundo real, y evaluar otras situaciones anormales o riesgo imprevisto, siempre utilizando una combinación de escenas visualmente reales y elementos tangibles, como mandos o controles. Con el uso de la tecnología CAVE se adquiere un enfoque racional hacia el diseño de las terapias o la validación directa de la teoría del cerebro en la clínica.

También en el campo de la inclusión y la accesibilidad, media.lab creó un sistema que brinda soporte para libros “aumentados” para niños hipoacúsicos, una suerte de textos con contenido multimedial utilizando técnicas de Realidad Aumentada. El proyecto se encuentra ya en una fase avanzada y está contemplado editar libros en este formato en conjunto con asociaciones no gubernamentales y entidades nacionales y extranjeras.

Por último, vale destacar el caso de Iñaki, un niño de Olavarría que padece de cuadriparesia espástica, y hoy logra comunicarse en el aula gracias a un sistema diseñado por el equipo utilizando herramientas de software libre.

Así, la tecnología adquiere un rol protagónico como instrumento posibilitador que permite realizar ciertas acciones que se suman y potencian con lo que la persona es capaz de hacer. Un elemento facilitador y no una barrera para la participación.

Antecedentes en I+D de Simuladores de Entrenamiento

Algunos de nuestros proyectos en esta plataforma son:

Sector Educación:

  • “RUBIKA”, entorno CAVE (2014): instalación que combina software y hardware permitiendo al usuario sentirse totalmente inmerso en un mundo que parece real pero es generado de manera virtual, será la primera del país y una de las pocas de América. La CAVE tiene aplicaciones importantes en áreas muy diversas; permitiendo por ejemplo emular el recorrido por instalaciones complejas como una plataforma de extracción de petróleo o una central nuclear, o visualizar información tridimensional compleja como la que se genera en prospección petrolera para entender que hay en el subsuelo. Financiado por Secretaría de Políticas Universitarias, Ministerio de Educación.
  • “Instalación CAVE aplicada al desarrollo de simuladores y aplicaciones de visualización para Ingeniería de Petróleo y Perforación” (2015): Proyecto que contempla el desarrollo e implantación de nueve CAVEs en universidades que componen la Red Nacional de Universidades Petroleras (RUP). Adicionalmente se implementará un Simulador de perforación y un visualizador de datos geológicos.
  • “FRIVIG” (2012-2013): Instalación interactiva de un simulador de navegación de buques y embarcaciones de alta velocidad con vista 3D para exposiciones y muestras. Subsidio MAEC-AECID dentro del Programa de Cooperación Interuniversitaria e Investigación Científica entre España e Iberoamérica.

Sector Capacitación y Trabajo:

  • SimEx (2013-2014): Simulador de maniobras y operaciones para el manejo de Excavadoras Hidráulicas en entornos de trabajo relacionados a la minería y los trabajos pesados. Fundación UOCRA, Instituto de Estadística y Registro de la Industria de la Construcción (IERIC) y Cámara Argentina de la Construcción. Financiado por el Ministerio de Trabajo, Empleo y Seguridad Social de la Nación.
  • “Sistema simulador de conducción de tren subterráneo para la formación de personal” (2015): Subterráneos de Bs. As. Sociedad del Estado (SBASE), Ciudad Autónoma de Bs. As.

Sector Defensa:

  • “Siper 3” (2013-2015): Actualización del sistema simulador de periscopio Siper. Convenio entre Escuela de Submarinos y Buceo y UNCPBA.
  • “Adiestrador 14A 2” (2011-2013): Versión renovada de los Adiestradores 14-A-1 y Antisubmarino Dual los cuales permiten realizar simulaciones de situaciones tácticas en el mar, para adiestramiento del personal de a bordo en técnicas, tácticas, procedimientos, comunicaciones, empleo de armas y sensores, etc. Realizado en el marco del Programa de Investigación y Desarrollo para la Defensa 2011 (PIDDEF 2011).
  • “Maquelman” (2012): Simulador de máquinas endotérmicas y eléctricas para  entrenamiento en control y mantenimiento. Realizado en el marco del Programa de Investigación y Desarrollo para la Defensa 2011 (PIDDEF 2012).
  • “Melipal M” (2008-2010): Simulador de maniobras de buques. Entrenamiento en mar abierto y entrada a puertos argentinos utilizando Realidad Virtual y visualización 3D. Convenio entre Armada Argentina y UNCPBA.
  • Radar ATLAS 2” (2007-2008): Simulador del radar de una aeronave para ser utilizado en el sistema de entrenamiento militar Atlas 2. Contempla cuatro modelos de radar para diferentes aeronaves. A diferencia de un radar de embarcación, este radar funciona completamente en tres dimensiones, visualizando topografía y objetos tanto sobre la superficie como en el aire. Convenio entre Armada Argentina y UNCPBA.
  • Consola Radar RASIT” (2006-2007): Consola fortalecida para el control de Radares Terrestres tipo RASIT. Recrea la información digital provista por un radar transportable, detección de vehículos en movimiento, definición de zonas de alarma, combinando información georeferenciada (GIS). Convenio entre INVAP SE y UNCPBA.
  • “Melipal ED” (2005-2006): Se trata de un sistema que permite generar y editar escenarios tridimensionales. Trabaja partiendo de modelos digitales de elevación, imágenes satelitales, y objetos diseñados con algún sistema de CAD y dispone de varias herramientas para generar rápidamente cualquier escenario. Permite también definir comportamientos a los objetos y generar estados climáticos. Convenio entre INVAP SE y UNCPBA.
  • “Melipal P” (2003-2004): Sistema de simulación para el entrenamiento de operarios de instrumentación pesquera conteniendo Sonar de Exploración, Ecosonda Vertical, Radar, etc. Convenio entre Escuela Nacional de Pesca Luis Piedrabuena, INVAP SE y UNCPBA.

Otros Sectores:

  • “Flare 3D Physics” (2011): Investigación y desarrollo de un motor de simulación física, incluyendo colisiones elastoplásticas y primitivas complejas de comportamiento para el sistema Flare3D, motor gráfico 3D para Flash y Javascript.
  • “ATHUS.AR” (2011): Framework de desarrollo de Videojuegos y aplicaciones interactivas para TV Digital. Convenio entre Ministerio de Planificación Federal, Inversión Pública y Servicios y UNCPBA.
  • “Mesa multitáctil” (2011). Mesa multitáctil de 32´´ construida con tecnología y electrónica de bajo costo. Contratación directa por Temperies SA.
  • “Análisis comparativo de técnicas de super-resolución” (2011). Análisis de factibilidad para un sistema de manejo de imágenes de super-resolución en nano-satélites. Convenio entre INVAP SE y UNCPBA.
  • “Evaluación de codificadores de video en GPU” (2012). Convenio entre INVAP SE y UNCPBA.
  • “Desarrollo de algoritmos para la detección y conteo de autos en imágenes satelitales” (2011). Convenio entre INVAP SE y UNCPBA.

Tecnologías Involucradas, Áreas de Experiencia:

  • Computación gráfica, visualización tridimensional, visión computacional, GPU y computación de alto desempeño.
  • Modelización, simulación física y comportamiento.
  • Simuladores de Entrenamiento, Realidad Virtual
  • Game Design, Desarrollo de Videojuegos, Análisis de Jugabilidad.
  • User Experience, Usabilidad, Diseño de Interfaces

Personas de contacto:

  • Cristian García Bauza, web mail
  • Marcos Lazo, mail
  • Juan D’Amato, mail
  • Virginia Cifuentes, mail