Realidad Aumentada: Teoría, Análisis de su Desarrollo Actual y Aplicaciones en Ecuador

PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATÓLICA DEL ECUADOR
FACULTAD DE INGENIERÍA
ESCUELA DE SISTEMAS
DISERTACIÓN PREVIA A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE
INGENIERA EN SISTEMAS Y COMPUTACIÓN
REALIDAD AUMENTADA: TEORÍA, ANÁLISIS DE SU
DESARROLLO ACTUAL Y SUS POSIBLES APLICACIONES
EN EL ECUADOR
AUTOR: Alfredo Muñoz
DIRECTORA: Ing. Beatriz Campos
QUITO, 2012

ii
CAPÍTULO I: Fundamentos teóricos de la Realidad Aumentada....................................................... 1
1.1 El avance tecnológico............................................................................................................... 1
1.1.1 Definición de avance tecnológico. .................................................................................... 1
1.1.2 Orígenes. ........................................................................................................................... 2
1.1.3 Edad de Piedra. ................................................................................................................. 2
1.1.4 Edad de los metales. ......................................................................................................... 2
1.1.4.1 Edad de cobre y edad de bronce................................................................................ 2
1.1.4.2 Edad de hierro............................................................................................................ 3
1.1.5 La tecnología anterior a la edad media en diferentes civilizaciones................................. 4
1.1.5.1 Egipcios....................................................................................................................... 4
1.1.5.2 Antigua Grecia............................................................................................................ 4
1.1.5.3 Roma. ......................................................................................................................... 4
1.1.5.4 China........................................................................................................................... 4
1.1.5.5 Incas. .......................................................................................................................... 5
1.1.6 Tecnología en la Edad Media. ........................................................................................... 5
1.1.7 Filosofía de la Tecnología.................................................................................................. 5
1.1.7.1 Teoría Instrumental y Substantiva de la Tecnología.................................................. 6
1.1.8 El dilema tecnológico. ....................................................................................................... 6
1.2 Orígenes e influencias de la Realidad Aumentada................................................................... 8
1.3 Definición de la Realidad Aumentada y relación con otras realidades.................................... 9
1.3.1 La Realidad Aumentada y otras realidades..................................................................... 10
1.4 Características fundamentales de la Realidad Aumentada. .................................................. 12
1.4.1 Aumento.......................................................................................................................... 12
1.4.1.1 Realidad Aumentada no Visual. ............................................................................... 12
1.4.1.2 Sonido...................................................................................................................... 13
1.4.1.3 Tacto......................................................................................................................... 13
1.4.2 Portabilidad..................................................................................................................... 14
1.4.2.1 Hardware, Ley de Moore y dispositivos portátiles.................................................. 16

iii
1.4.2.2 Baterías..................................................................................................................... 17
1.4.3 Reconocimiento. ............................................................................................................. 19
1.4.3.1 Dispositivos de seguimiento mecánicos. ................................................................. 23
1.4.3.2 Dispositivos de seguimiento magnético................................................................... 23
1.4.3.3 Dispositivos de seguimiento acústico. ..................................................................... 25
1.4.3.4. Dispositivos de seguimiento visual. ........................................................................ 27
1.4.4 Visualización.................................................................................................................... 29
1.4.4.1 Sistemas de Realidad Aumentada basados en Monitores....................................... 29
1.4.4.2 Sistemas Transparentes de Realidad Aumentada (See-through). .......................... 30
1.4.4.3 Sistemas Espaciales de Realidad Aumentada. ......................................................... 31
1.4.4.4 Visualizadores Disponibles para sistemas de Realidad Aumentada. ....................... 32
1.4.4.4.1 Visualizadores sujetos a la cabeza. ................................................................... 33
1.4.4.4.1.1 Visualizador de Retina................................................................................ 33
1.4.4.4.1.2 Visualizador montado en la cabeza. (Head Mounted Display). ................. 34
1.4.4.4.1.3 Proyectores sujetos a la cabeza. ................................................................ 36
1.4.4.4.2 Dispositivos de mano. ....................................................................................... 38
1.4.4.4.3 Visualizadores Espaciales. ................................................................................ 40
1.4.4.4.3.1 Transparencia por video basada en pantalla. ............................................ 41
1.4.4.4.3.2 Visualizadores espaciales de transparencia óptica.................................... 42
1.4.4.4.3.3 Dispositivos de visualización espaciales basados en proyección............... 42
1.5 Los sistemas y dispositivos básicos para su creación............................................................. 44
1.5.1 Sistemas de información geográfica. .............................................................................. 44
1.5.2 GPS. ................................................................................................................................. 46
1.5.2.1 Funcionamiento. ...................................................................................................... 46
1.5.2.2 Precisión de un GPS.................................................................................................. 47
1.5.2.3 El sistema de satélites GPS....................................................................................... 47
1.5.2.4 Señal GPS.................................................................................................................. 47

iv
1.5.2.5 Fuentes de error en la señal GPS. ............................................................................ 48
1.5.3 Teléfono Inteligente....................................................................................................... 49
1.5.3.1 Sistema Operativo.................................................................................................... 49
1.5.3.2 Software................................................................................................................... 50
1.5.3.3 Teclado con distribución QWERTY........................................................................... 50
1.5.3.4 Mensajes. ................................................................................................................. 50
CAPÍTULO II: Avances y situación actual de la Realidad Aumentada............................................... 52
2.1 Introducción........................................................................................................................... 52
2.2 Limitación en su desarrollo. ................................................................................................... 59
2.2.1 Complicaciones de paralaje por el desfase de la cámara con respecto a los ojos.......... 59
2.2.2 El continuo seguimiento de los ojos para aumentar el campo de visión y aprovecharlo
como interfaz de interacción humano-máquina...................................................................... 60
2.2.3 La eliminación de los objetos reales que se sustituyen con los virtuales, o viceversa
dentro de la Realidad Aumentada. .......................................................................................... 60
2.2.4 Complicaciones en lo referente a la complejidad de ambientes exteriores o la amplitud
de una aplicación o contenidos a ambientes no preparados. ................................................. 60
2.2.5 El lento accionar del cálculo de transformaciones geométricas con respecto al
despliegue de video. ................................................................................................................ 61
2.2.6 Interoperabilidad............................................................................................................. 61
2.3 Ventajas de las aplicaciones de Realidad Aumentada. ......................................................... 62
2.3.1 Introducción.................................................................................................................... 62
2.3.1 Realidad aumentada en juegos....................................................................................... 63
2.3.2 Realidad aumentada en marketing y ventas................................................................... 66
2.3.3 Realidad aumentada en viajes y guías turísticas............................................................. 69
2.3.3.1 Wikitude Travel Guide.............................................................................................. 69
2.3.3.2 Word Lens. ............................................................................................................... 70
2.3.4 Realidad aumentada en medicina................................................................................... 71
2.3.5 Realidad aumentada en el ejército. ................................................................................ 72
2.4 Condiciones estratégicas de implantación masiva de la Realidad Aumentada..................... 74
2.4.1 Barreras para la adopción masiva de la Realidad Aumentada....................................... 74
2.4.1.1 Regulación................................................................................................................ 74

v
2.4.1.2 Limitaciones en la interfaz de usuario...................................................................... 75
2.4.1.3 Percepción................................................................................................................ 75
2.4.1.4 Experiencia............................................................................................................... 75
2.4.1.5 Necesidad de un detonante (trigger)....................................................................... 75
2.4.1.6 Preferencias en el uso de la Realidad Aumentada................................................... 76
2.4.1.7 Publicidad Aumentada no Autorizada (Spam). ........................................................ 76
2.4.1.8 Privacidad................................................................................................................. 76
2.4.2 Factores favorables para la adopción masiva de la Realidad Aumentada...................... 77
2.4.2.1 Valor......................................................................................................................... 78
2.4.2.2 Mejoras en la interfaz. ............................................................................................. 78
2.4.2.3 Integración de la tecnología a distintas redes sociales............................................ 78
2.4.2.4 Experiencia............................................................................................................... 78
2.4.2.5 Ubicuidad. ................................................................................................................ 79
2.4.2.6 Disponibilidad de Teléfonos Inteligentes................................................................. 79
2.4.2.7 Aumento en la publicidad para dispositivos móviles............................................... 79
2.5 Las nuevas tecnologías de comunicación y la Realidad Aumentada. .............................. 79
2.5.1 Redes celulares 3G y 4G.................................................................................................. 80
2.5.1.1 Redes de tercera generación 3G.............................................................................. 80
2.5.1.2 Redes de cuarta generación 4G. .............................................................................. 82
2.5.1.2.1 LTE Advanced (Long-term evolution Advanced)............................................... 83
2.5.1.2.2 IEEE 802.16m o WiMAX 2.................................................................................. 84
2.5.2 Redes inalámbricas WLAN, WMAN................................................................................. 85
2.5.2.1 WLAN........................................................................................................................ 85
2.5.2.1.1 Wi-Fi (IEEE 802.11)............................................................................................ 85
2.5.2.1.2 HiperLAN. .......................................................................................................... 86
2.5.2.2 WMAN...................................................................................................................... 87
2.5.2.2.1 Local Multipoint Distribution Service (LMDS)................................................... 87

vi
2.5.2.2.2 HiperMAN.......................................................................................................... 88
2.5.2.3 Near Field Communication (NFC)............................................................................. 89
2.5.2.3.1 Usos del NFC...................................................................................................... 90
2.6 Las nuevas aplicaciones para aumentar el conocimiento con la Realidad Aumentada. ....... 91
2.6.1 Realidad Aumentada y entrenamiento........................................................................... 92
2.6.2 Realidad Aumentada y aprendizaje basado en el descubrimiento................................. 94
2.6.3 Juegos de aprendizaje y Realidad Aumentada................................................................ 94
2.6.4 Realidad Aumentada para el modelado de objetos........................................................ 95
2.6.5 Libros Aumentados. ........................................................................................................ 96
CAPÍTULO III: Proyectos actuales basados en la Realidad Aumentada........................................ 100
3.1 Investigación de desarrollos de proyectos en el ámbito mundial de aplicación generalizada
.................................................................................................................................................... 100
3.1.1 Yelp................................................................................................................................ 100
3.1.2 Wikitude........................................................................................................................ 102
3.1.3 World Lens. ................................................................................................................... 105
3.1.4 Google Sky Map............................................................................................................. 107
3.1.5 Layar.............................................................................................................................. 109
3.1.5.1 Layar Reality Browser............................................................................................. 111
3.1.5.2 Layar Vision. ........................................................................................................... 112
3.1.6 Tat augmentedID – Recognizr....................................................................................... 113
3.1.7 TagWhat........................................................................................................................ 115
3.1.8 DishPointer Augmented Reality.................................................................................... 118
3.1.9 ARDefender................................................................................................................... 119
3.2 Los centros de conocimiento y de innovación sobre Realidad Aumentada ................. 120
3.2.1 HitLabNZ........................................................................................................................ 120
3.2.2 MIT Media Lab (USA)..................................................................................................... 122
3.2.3 Georgia Tech's GVU Center (USA)................................................................................. 125
3.2.4 Four Eyes Lab de la Universidad de California. ............................................................. 126
3.2.5 Qualcomm Augmented Reality Game Studio. .............................................................. 127
3.2.6 Sony CSL. ....................................................................................................................... 128
3.2.7 Future Cinema Lab - Augmented Reality Lab................................................................ 129

vii
3.2.8 Christian Doppler Laboratory - Universidad Tecnológica de Graz................................ 131
3.2.9 Naval Research Laboratory - Estados Unidos................................................................ 132
3.2.10 Microsoft Research. .................................................................................................... 133
3.2.11 R Lab - Academia Real de Arte, la Haya, Holanda....................................................... 134
3.2.12 Columbia University Computer Graphics and User Interface Lab. ............................. 135
3.2.13 Fraunhofer IGD - Instituto para la investigación aplicada de computación visual. .... 136
3.2.14 Chair for Computer Aided Medical Procedures & Augmented Reality - Technische
Universität München.............................................................................................................. 138
3.2.15 Wearable Computer Lab. ............................................................................................ 139
3.2.16 Shared Reality Lab....................................................................................................... 140
3.3 Herramientas de desarrollo para aplicaciones de Realidad Aumentada............................. 142
3.3.1 Herramientas para aplicaciones basadas en GPS.......................................................... 142
3.3.1.1 ARchitect Engine (Wikitude). ................................................................................. 142
3.3.1.2 Metaio PC SDK (Unifeye SKD)................................................................................. 143
3.3.2 Herramientas para aplicaciones basadas en reconocimiento. ..................................... 145
3.3.2.1 SLARToolKit - ToolKit de Realidad Aumentada para Silverlight y teléfonos con
sistema operativo Windows............................................................................................... 145
3.3.2.2 ARToolKitPro .......................................................................................................... 146
3.3.2.3 NyARToolkit............................................................................................................ 147
3.3.2.4 FLARToolKit + FLARManager.................................................................................. 148
3.3.2.5 D'Fusion Studio....................................................................................................... 148
3.3.2.6 LinceoVR................................................................................................................. 149
3.3.2.7 AR-media Plugin para Google SketchUp. ............................................................... 150
3.4 Modificaciones en el uso de dispositivos eficientes de última generación......................... 151
3.4.1 Teléfonos celulares........................................................................................................ 152
3.4.2 Teléfonos Inteligentes................................................................................................... 156
CAPÍTULO IV: Posibles escenarios del uso de la Realidad Aumentada y su impacto en la sociedad
ecuatoriana .................................................................................................................................... 162
4.1 Introducción......................................................................................................................... 162
4.1.1 Justificación de la muestra............................................................................................ 162
4.2 Plataformas de desarrollo y aplicación de Realidad Aumentada......................................... 167

viii
4.2.1 Realidad Aumentada de Escritorio................................................................................ 167
4.2.2 Realidad Aumentada para la Web................................................................................. 167
4.2.3 Realidad Aumentada Móvil........................................................................................... 168
4.3 Aplicaciones Comerciales y de Marketing............................................................................ 171
4.3.1 Análisis estadístico del éxito de la Realidad Aumentada en el Ecuador en Marketing. 171
4.3.2 Análisis estadístico de Realidad Aumentada como forma de promoción. ................... 172
4.3.3 Análisis estadístico de es la Realidad Aumentada un factor influyente en la compra de
un producto............................................................................................................................ 173
4.3.4 Análisis estadístico de utilizaría cupones de Realidad Aumentada. ............................. 175
4.4 Aplicaciones Médicas y de Imagen. ..................................................................................... 176
4.4.1 Análisis estadístico del éxito de la Realidad Aumentada en el Ecuador en Medicina. . 176
4.4.2 Análisis estadístico de Realidad Aumentada en medicina mejora las probabilidades de
éxito en las intervenciones quirúrgicas.................................................................................. 178
4.4.3 Análisis estadístico de preferencia del uso de la Realidad Aumentada en el diagnóstico y
seguimiento enfermedades. .................................................................................................. 179
4.4.4 Análisis estadístico de la utilidad de la Realidad Aumentada para la tecnología de
imagen médica....................................................................................................................... 180
4.5 Aplicaciones Educativas y de Comunicaciones. ................................................................... 182
4.5.1 Análisis estadístico del éxito de la Realidad Aumentada en la Educación en el Ecuador.
................................................................................................................................................ 182
4.5.2 Análisis estadístico de la utilidad de los juegos de Realidad Aumentada en el
aprendizaje............................................................................................................................. 183
4.5.3 Análisis estadístico de la efectividad de la Realidad Aumentada en el aprendizaje por
entrenamiento. ...................................................................................................................... 184
4.5.4 Análisis estadístico del impacto de los gráficos de Realidad Aumentada en el
aprendizaje............................................................................................................................. 186
4.6 Aplicaciones Conductuales y de Comportamiento. ............................................................. 187
4.6.1 Análisis estadístico del éxito de las aplicaciones conductuales de Realidad Aumentada
en el Ecuador.......................................................................................................................... 187
4.6.2 Análisis estadístico de la utilidad de la Realidad Aumentada en el tratamiento de fobias.
................................................................................................................................................ 189
4.6.3 Análisis estadístico de la confianza que genera la Realidad Aumentada al momento de
tomar decisiones.................................................................................................................... 190
4.6.4 Análisis estadístico de la percepción de los ecuatorianos y la Realidad Aumentada en el
tratamiento de la ansiedad.................................................................................................... 192

ix
CAPÍTULO V: Conclusiones y Recomendaciones............................................................................ 194
5.1 Conclusiones......................................................................................................................... 194
5.2 Recomendaciones. ............................................................................................................... 196
Glosario de Siglas. .......................................................................................................................... 198
Glosario de Términos Técnicos. ..................................................................................................... 200
Bibliografía. .................................................................................................................................... 203
Anexos............................................................................................................................................ 205

1
CAPÍTULO I: FUNDAMENTOS TEÓRICOS DE LA REALIDAD
AUMENTADA
1.1 El avance tecnológico
Desde los orígenes de la humanidad la búsqueda de soluciones a los retos que el ambiente
y las circunstancias presentaban a la supervivencia de los primeros seres humanos y sus
antecesores permitieron el desarrollo de herramientas y medios para superar las
dificultades que la naturaleza imponía. Desde la edad de piedra los primeros seres humanos
se valían de herramientas rudimentarias fabricadas en piedra que les servían de ayuda para
su supervivencia, a medida que el tiempo avanzaba el descubrimiento de los metales
permitió el desarrollo de mejores herramientas y armas que hicieron la diferencia entre las
sociedades de aquellos tiempos, moldeando la historia entre las tribus con mayores avances
tecnológicos de las que no. Con la aparición del método científico se anexo el
conocimiento científico al desarrollo de tecnología que anteriormente sólo se valía del
conocimiento empírico. Este avance permitió que las ramas de aplicación de las ciencias,
como transformadoras de la sociedad, dieran como fruto, tecnologías que cambiaron el
rumbo de la historia como la prensa, la computadora, los satélites, etc. La influencia
tecnológica en las sociedades ha ido en incremento con el avance de la historia hasta
convertirse en una fuerza importante en la dialéctica histórica y en un objeto inseparable de
la humanidad. El uso ubicuo de la tecnología en la actualidad hace que las consecuencias
no deseadas de su uso sean patentes en diferentes ámbitos, la generación de entropía, en
todos los procesos del desarrollo tecnológico, parece en ocasiones opacar las ventajas
aparentes del uso de la tecnología (Hokikian, 2002), existiendo corrientes de pensamiento
que encuentran en el uso de la tecnología una fuerza perniciosa para la sociedad. La
contaminación como consecuencia del uso de tecnología es un problema para la
humanidad cada vez más dependiente de ella. La contaminación del aire y fuentes de agua
ponen en peligro a la misma humanidad.
1.1.1 Definición de avance tecnológico.
El avance tecnológico puede entenderse como el desarrollo sistemático de
aplicaciones del conocimiento con fines prácticos para la vida humana o para

2
cambiar o manipular el medio ambiente. La tecnología incluye el uso de materiales,
herramientas, técnicas, y fuentes de poder para hacer la vida más fácil o placentera
y el trabajo más productivo. Mientras que la ciencia se ocupa de cómo y por qué
pasan las cosas, la tecnología se enfoca en hacer que las cosas pasen.
1.1.2 Orígenes.
La evidencia sugiere que la habilidad para fabricar y usar herramientas se origina
hace alrededor de 4 millones de años atrás cuando los ancestros de los seres
humanos y los chimpancés toman caminos evolutivos diferentes. Los chimpancés
por si solos usan herramientas parecidas a lanzas para cazar y herramientas
especializadas para recolectar hormigas arbóreas de troncos y vegetación. (Nishida,
2006).
1.1.3 Edad de Piedra.
La tecnología existente en el periodo desde 3 millones de años A.C. al 3300 A.C.,
conocido como la Edad de Piedra se basaba principalmente en la fabricación
rudimentaria de herramientas líticas. Las piedras usadas en estas herramientas
fueron el sílex, pedernal y obsidiana. Para la fabricación de las herramientas se
usaba el tallado por percusión en un inicio, para finales de la Edad de Piedra, en el
paleolítico superior, se usa la presión como una mejora a la técnica de fabricación
de estas herramientas. Como resultado de estos procesos se obtienen filos cortantes
o lascas, cantos tallados, bifaces o hachas de mano puntas de lanza de piedra. A
finales del Paleolítico superior durante la máxima especialización de la industria
lítica, gracias al dominio de las técnicas de talla sobre el núcleo, talla sobre lascas y
talla sobre láminas se obtienen microlitos que permiten la fabricación de nuevos
instrumentos más complejos como las hoces neolíticas. Pertenecen también al
paleolítico herramientas fabricadas con huesos como son las puntas de lanza,
punzones, arpones de pesca, agujas de coser, anzuelos, etc.
1.1.4 Edad de los metales.
1.1.4.1 Edad de cobre y edad de bronce.

3
A finales de la edad de piedra y a inicios de la Edad de los Metales, en la Edad del
Cobre o Calcolítico, se uso por primera vez un metal para la fabricación de
herramientas y armas. Las herramientas de cobre se usaron conjuntamente con las
herramientas de piedra en este período de transición. El principal uso del cobre por
su maleabilidad y poca resistencia fue la fabricación de ornamentos, sin embargo
se uso también para la fabricación de espadas, puñales y hachas planas. Debido a
que el acceso al cobre era muy limitado, el impacto de la metalurgia en el
Calcolítico fue leve.
No existe una marcada distinción entre la edad del cobre y del bronce ya que ambos
materiales eran incipientemente usados a finales del Neolítico.
Se especula que el bronce, que consiste de una aleación de nueve partes de cobre y
una de estaño, fue usado por primera vez en Turquestán y Siam o en Europa, en
España y al oeste de Gran Bretaña ya que ambos metales se encuentran juntos en la
naturaleza. El bronce ofrece la posibilidad de ser trabajado con mayor facilidad
debido a que sus componentes son metales blandos. Los pueblos que desarrollaron
la cultura del bronce fueron pueblos conquistadores, gracias a la ventaja en combate
que presentaba la mayor resistencia de sus armas con respecto a las armas
fabricadas en piedra o cobre. En esta época se deja de usar la piedra ya que los
metales son maleables y resistentes.
1.1.4.2 Edad de hierro.
El uso del hierro caracteriza el avance tecnológico del periodo comprendido entre el
1100 AC y el 200 DC, éste es el último periodo de la prehistoria Europea en el cual
el hierro reemplaza al bronce como principal material para la construcción de
herramientas y armas por su mayor dureza y flexibilidad, sin embargo el bronce
sigue siendo utilizado para la fabricación de objetos de culto. Un hito tecnológico
que define la edad de Hierro es el horno de fuelle que permite alcanzar
temperaturas de alrededor de 1500 grados centígrados, lo que permite el
calentamiento del metal para darle formas diversas con la utilización de moldes.
En la edad de hierro se fabricaron agujas de bronce, conocidas como fíbulas, con
distintas formas y decoraciones. En la fabricación de brazaletes y broches de

4
cinturones se uso el vidrio, el bronce y el azabache. El hierro se uso en espadas,
puntas de lanza y en escudos.
1.1.5 La tecnología anterior a la edad media en diferentes civilizaciones.
1.1.5.1 Egipcios.
Los aportes tecnológicos de esta civilización empiezan por máquinas simples como
el plano inclinado y la palanca. El papel egipcio hecho de papiro fue exportado por
las cuencas del Mediterráneo. Los egipcios tienen un papel importante en el
desarrollo de la tecnología naval, tanto en la fabricación de barcos como en la
construcción de faros.
1.1.5.2 Antigua Grecia.
En el periodo Helenístico, Herón de Alejandría fue el primero en inventar un motor
a vapor simple, demostrando su conocimiento de sistema mecánicos y neumáticos.
Los griegos demostraron su capacidad de investigación para posteriormente
aplicarla en el desarrollo de nuevas tecnologías, un ejemplo de esto es el tornillo de
Arquímedes, el mecanismo de Anticítera y la balista. Los arquitectos griegos fueron
los primeros en usar cúpulas en sus construcciones, en inventar molinos de viento y
de agua.
1.1.5.3 Roma.
Los romanos son responsables del desarrollo de una agricultura sofisticada,
mejoraron la tecnología del trabajo con hierro y de albañilería. Sus métodos de
construcción de carreteras sólo llegaron a la obsolescencia cuando se desarrollo el
macadán en el siglo XIX. Es destacable la Ingeniería militar y civil, la construcción
de arcos, anfiteatros, acueductos, puentes de piedra la construcción de máquinas
para el hilado y el tejido. Invenciones romanas notables son el códice, el vidrio
soplado y el hormigón.
1.1.5.4 China.
La civilización china es el origen de muchos inventos y descubrimientos primerizos
entre los que se puede destacar el sismógrafo, los cerillos, el papel, el hierro colado,

5
el arado de hierro, el puente colgante, la carretilla, además fueron los primeros en
usar gas natural como combustible los primeros en usar la brújula, los mapas con
relieve, la ballesta y la pólvora.
1.1.5.5 Incas.
Los Incas contaban con conocimientos de ingeniería lo que les permitió el empleo
de piedras de más de una tonelada en sus construcciones. También construyeron
canales de riego y sistemas de drenaje, permitiendo una agricultura eficiente.
Algunos autores atribuyen el descubrimiento de la hidroponía a esta civilización.
1.1.6 Tecnología en la Edad Media.
A pesar de que existe innovación en la arquitectura medieval, Europa no se
distingue en la edad media por el desarrollo tecnológico en otros campos.
El molino de viento conocido ya por el año 644 DC es un logro de la tecnología
medieval que tiene sus orígenes en Persia con un diseño característico de hélices
horizontales que se unían directamente a un eje donde se encontraba la piedra del
molino. Las primeras referencias al molino de viento en Europa datan del siglo XII
y a diferencia del molino persa las hélices se encuentran dispuestas de manera
vertical y son capaces de rotar 360 grados para obtener la mayor cantidad de
energía del viento posible, esto hace necesario un mecanismo simple de engranajes
para transmitir la energía al eje vertical.
1.1.7 Filosofía de la Tecnología.
La filosofía de la tecnología no tiene un inicio claro, sin embargo se puede apuntar
a los empíricos y racionalistas del principio del siglo XVII como el origen del
pensamiento que combina a la ciencia y a la filosofía de nuevas maneras. Francis
Bacon (1561 - 1626) ve a la ciencia y la tecnología como una forma de entender y
dominar la naturaleza. Los contemporáneos de Bacon: Descartes (1596-1650),
Leibniz (1646-1716) y Pascal (1623-1662) vislumbraron un mundo controlado por
principios matemáticos.

6
Se cree que la autoría del término filosofía de la tecnología pertenece al pensador
alemán Ernst Kapp quien escribió el Philosophie de Technik. Kapp emigró a
Estados Unidos y se estableció en Texas lo que probablemente lo motivaría a
pensar en la tecnología como un medio para superar la dependencia a la agreste
naturaleza tejana del siglo XIX.
1.1.7.1 Teoría Instrumental y Substantiva de la Tecnología.
Andrew Feenberg, explicando la Teoría Instrumental, presenta la idea de la
tecnología como una herramienta lista para servir a los propósitos de sus usuarios.
Por lo tanto la tecnología es neutral y carece de valor por sí misma, no es buena ni
mala y puede ser usada para cualquier fin político y social deseado por la persona
en su control.
En contraste con la Teoría Instrumental, la Teoría Sustantiva afirma que la
tecnología constituye un objeto de control, que reestructura todo el sistema cultural.
Heidegger cree que nos encontramos en una transformación del mundo y de
nosotros mismos, en materia prima, esperando ser usada en un proceso. La
tecnología no simplemente es un medio, sino que se ha convertido en un ambiente y
una forma de vida, se ha transformado en un símbolo de estatus y es vista como una
parte de la vida, no como algo que puede estar separado de ella.
1.1.8 El dilema tecnológico.
La dependencia tecnológica de la sociedad, en conjunto con los efectos imprevistos
del uso de tecnología, supone un dilema que presenta por un lado la tecnología, y
sus beneficios esperados y las consecuencias no siempre previstas de su uso. Puede
observarse que los efectos de la tecnología en la sociedad no son entendidos en su
totalidad, debido a que sus consecuencias negativas pueden presentarse mucho
después de su uso, como en el caso del Dicloro Difenil Tricloroetano (DDT) que
tiene una persistencia en el suelo de de 2 a 15 años (US Environmental Protection
Agency, 1989), lo que presenta la necesidad de reconocer los posibles efectos
negativos antes de que sea demasiado tarde. Pero incluso en el caso de entender las
consecuencias no deseadas del avance tecnológico, seríamos capaces de renunciar a
este avance, se debe renunciar a la automatización en pos de asegurar trabajos para

7
las personas, reducir la producción en pos del equilibrio ambiental. Al contrario del
determinismo tecnológico, la historia presenta ejemplos de grupos sociales que han
resistido efectivamente a la tecnología como los ludistas y los amish.
Tabla 1.1. El Avance Tecnológico: Trayectoria y evolución en la Antigüedad.
Año Era Avance
4 millones
a.C.
Anterior a la Prehistoria. Ancestros de los seres humanos usan lanzas precarias y
ramas para recolección de hormigas
Edad de Piedra
2.85 M a.C.
a 30000 a.C.
Paleolítico Bajo y Medio. Se utiliza sílex, pedernal y obsidiana para la
fabricación de puntas de lanzas, hachas.
30000 a.C. a
10000 a.C.
Paleolítico Superior Cambia la técnica de obtención de lascas de percusión
a presión, se obtienen microlitos y se fabrican
herramientas más complejas: hoces, arpones,
punzones, etc.
Edad de los Metales
4000 a.C. a
3000 a.C.
Calcolítico Se usa por primera vez un metal en la fabricación de
herramientas, el cobre es usado para la fabricación de
ornamentos, espadas, hachas planas, etc.
3300 a.C. a
500 a.C.
Edad de Bronce Se trabaja con mayor facilidad con bronce, se fabrican
sierras, martillos, clavos. Los pueblos que manejan el
bronce se vuelven exitosos en la guerra.
1100 a.C. a
200 d.C.
Edad de Hierro Se usa el horno de fuelle, permitiendo calentar el hierro
para darle formas diversas. El hierro reemplaza al
bronce en la fabricación de armas por su mayor
resistencia y flexibilidad.
Elaboración: Alfredo Muñoz
Tabla 1.2. Aportes tecnológicos de diferentes civilizaciones anteriores a la Edad Media.
Año Civilización Aporte
2700 a.C. a 640 d.C.
Egipcia Plano inclinado, palanca, papiro, tecnología naval: barcos,
faros.
1200 a.C. a 146 a.C.
Antigua
Grecia
Motor a vapor simple, tornillo de Arquímedes, el mecanismo
de Anticítera y la balista, cúpulas en construcciones, molinos
de viento y agua.
753 a.C. a 476 d.C.
Romana Desarrollo de la agricultura sofisticada, tecnologías de
construcción y albañilería, construcción de carreteras,
construcción de arcos, anfiteatros, acueductos maquinas de
hilado, tejido, códice, vidrio soplado, hormigón.
105 d.C. a 808 d.C.
China Sismógrafo, cerillos, papel, arado de hierro, uso de gas natural
como combustible, brújula, puentes en suspensión, ballesta y
pólvora.
Elaboración: Alfredo Muñoz

8
1.2 Orígenes e influencias de la Realidad Aumentada.
En la década de los 60 se dan los primeros pasos para lo que se convertiría en la Realidad
Aumentada (RA), en al año de 1962 Morton Heilig inventa el Sensorama, una de las
primeras máquinas capaces de brindar una experiencia de inmersión multisensorial a sus
usuarios. En la misma década Ivan Sutherland inventa el primer visualizador de cabeza
(Head Mounted Display HMD).
Le sucede en 1975, el establecimiento del laboratorio de realidad artificial “VideoPlace” en
la Universidad de Connecticut por Myron Krueger, en el que se intentaba crear una
realidad artificial que rodeara a los usuarios y que respondiera a los mismos valiéndose de
cámaras de vídeo, proyectores, y un sistema de sensores para piso.
En los 90s Tom Caudell y David Mizell crean el término Realidad Aumentada para
referirse a una capa sobrepuesta presentada por computadora al mundo real.
En el año 1992 aparece KARMA (Knowledge-based Augmented Reality for Maintenance
Assistance) desarrollado por Steven Feiner, Blair MacIntyre y Dorée Seligmann, este
sistema es un prototipo que usaba un head-mounted display para mirar a través de una
impresora laser diagramas de sus componentes internos, como una guía para su
mantenimiento.
En el año 1993 L. B. Rosemberg desarrolla Virtual Fixtures, uno de los primeros sistemas
funcionales de RA en los Laboratorios Armstrong de la Fuerza Aérea de los Estados
Unidos.
En 1999 Hirokazu Kato crea la biblioteca de software ARToolKit para el desarrollo de
aplicaciones de RA que captura imágenes de video y ópticamente calcula la posición y
orientación de la cámara relativa a marcadores en tiempo real.
En el año 2000, Bruce H. Thomas desarrolla el juego ARQuake, una versión modificada
del juego Quake de iD Software, diseñado para ser jugado en exteriores, usando tecnología
de RA.
En el 2008 con el lanzamiento del teléfono Android G1, la aplicación Wikitude AR Travel
Guide, enfocada al mercado de aplicaciones móviles para viajes, se convierte en la primera
aplicación comercial de RA.

9
Para el 2009 la empresa austriaca Mobilizy presenta el Wikitude Drive - AR Navigation
System para la plataforma Android como la primera aplicación totalmente funcional de
cobertura global para navegación paso a paso que usa RA.
El mismo año la empresa Saqoosha presenta la adaptación del ARToolKit a Flash de
Adobe con el nombre de FLARToolkit para Action Script 3.
En el 2011 en marzo Nintendo comercializa su consola de juegos portátil Nintendo 3DS
que incluye un demo tecnológico de RA.
En el 2012 Google anuncia su Proyecto Glass, unas gafas de RA para explorar el mundo y
compartir experiencias en redes sociales.
1.3 Definición de la Realidad Aumentada y relación con otras realidades.
Se puede pensar en la RA como una tecnología avanzada de interfaz entre humanos y
computadoras, que intenta mezclar o fusionar información generada por computadora con
nuestras sensaciones del mundo real. (Thomas Caudell, 2001)
Igualmente se considera a la RA al aumento de la retroalimentación natural al operador con
pistas simuladas, así como también se la define como una forma de Realidad Virtual donde
el HMD del participante es transparente, permitiendo una vista clara del mundo real.
(Proceedings of SPIE, 1995)
RA puede también ser parte de los Ambientes Virtuales, comúnmente conocidos como
Realidad Virtual con la diferencia que mientras Realidad Virtual sumerge totalmente al
usuario en un mundo imaginario, la RA permite al usuario observar el mundo real
combinado con objetos superpuestos que complementan a la realidad en lugar de
reemplazarla. (Paul Milgram, 1994)
De las definiciones anteriores podemos concluir que la RA es una tecnología avanzada de
interfaz entre humanos y computadoras, parte de los Ambientes Virtuales, que fusiona
información generada por computadora con el mundo real, permitiendo al usuario una
mayor retroalimentación de su ambiente.

10
1.3.1 La Realidad Aumentada y otras realidades.
Milgram distingue claramente los ambientes reales de los virtuales y la
combinación de éstos para situar a la Realidad Aumentada y la Virtualidad
Aumentada dentro su escala conocida como "Reality-virtuality continuum" en un
espacio que él define como realidad mixta.
Figura 1.1. “Reality-virtuality continuum”.1
Para entender las relaciones de la RA, tanto con el Entorno Real como el Virtual y
la Virtualidad Aumentada, es necesario establecer dos conceptos básicos, la
realidad física y la realidad o ambiente virtual. Estableciendo que la primera, se
refiere a una cualidad de existencia del universo independiente de uno mismo,
regida por leyes físicas. Y que la segunda, trata de los ambientes artificiales creados
por computadora y presentados a la persona, para simular su presencia física en
escenarios imaginarios o del mundo real, de forma que la persona experimente con
sus sentidos dichos escenarios como si se encontrara en ellos. Todo espacio entre el
Ambiente Real y el Ambiente Virtual en el "Reality-virtuality continuum" de
Milgram es considerado como Realidad Mixta, espacio en el cual se da una
interacción de elementos virtuales y físicos en tiempo real.
1
Fuente: Augmented Reality: A class of display on the reality-virtuality continuum, Paul Milgram,
Haruo Takemura, Akira Utsumi, Fumio Kishino.
Realidad Mixta (RM)
Entorno
Real
Realidad
Aumentada
(RA)
Virtualidad
Aumentada
(VA)
Entorno
Virtual

11
La realidad mixta engloba a la RA porque combina el mundo real con mundos
virtuales, donde objetos físicos y generados por computadora interactúan entre ellos
en tiempo real para crear ambientes y ecosistemas de servicios ricos en
información.
La RA se nutre de los ambientes reales y los complementa con diferentes tipos de
información específica que pueden ser imágenes estáticas como etiquetas con
información de una escultura o imágenes dinámicas como en juegos e incluso
sonido, como una guía auditiva en un museo, etc., dando paso a la formación de
componentes virtuales cuyos límites y forma se establece por la creatividad de sus
diseñadores, diferenciándose así la RA del ambiente real puro porque presenta una
interpretación flexible de la realidad. Los ambientes reales puros se encuentran
circunscritos por las leyes físicas y la mecánica de sus interacciones y su
modificación no es un hecho posible, favoreciendo el uso de la RA cuando se desee
leer la realidad física de una manera alternativa.
La Virtualidad Aumentada es en esencia el opuesto de la RA donde el elemento
principal que da el contexto, la temática, el tipo de interacción y sitúa los límites de
ésta en el ambiente aumentado es el Elemento real. La Virtualidad Aumentada ve
restringidos sus posibles usos debido a las limitaciones inherentes a los elementos
reales del ambiente, sin embargo, se presta para el desarrollo de aplicaciones
específicas como la investigación de simulaciones del US Army Research
Laboratory basadas en física, proveyendo contexto y detalles adicionales no
disponibles en sistemas puramente virtuales.
Los componentes de los Ambientes Virtuales son una parte esencial de los sistemas
de RA porque determinan la interacción entre los usuarios y ésta, al facilitar a los
usuarios la obtención de información pertinente a un contexto previamente
establecido por el Ambiente Real, dentro del sistema de RA específico al uso para
el que fue diseñado. El componente del ambiente virtual se presenta como un
elemento flexible y susceptible a cambios según la necesidad de los Ambientes
Aumentados.

12
1.4 Características fundamentales de la Realidad Aumentada.
1.4.1 Aumento.
Para proporcionar una experiencia ampliada, los sistemas RA, deben hacer llegar a
los usuarios el componente virtual por medio de estímulos sensoriales dirigidos a
sentidos específicos. Los sentidos utilizados en la actualidad son la vista, el oído y
el tacto. Cada uno de estos sistemas sensoriales posee características únicas en
cuanto a la obtención de información y el procesamiento de la misma. Así
dependiendo de las características del sistema aumentado se puede elegir la forma
de aumento.
La forma más común de aumento utiliza el sentido de la vista dada la cantidad de
información que este sistema sensorial es capaz de percibir. Esta información es
obtenida mediante los ojos en forma de fotones de luz, que a través de la retina
generan impulsos eléctricos que son transmitidos por el nervio óptico hasta llegar al
cerebro. Esta información es procesada por aproximadamente el 30% de la corteza
cerebral en función de la percepción de la imagen por parte de los seres humanos.
La resolución aproximada del ojo humano es de 250 mega píxeles tomando en
cuenta la cantidad de células sensibles a la luz, 120 millones de bastones y los 6
millones de conos en cada ojo. Por esta razón la vista aporta mayor cantidad de
información que los otros sentidos.
Sin embargo de las ventajas antes mencionadas y a pesar de que la tendencia en el
desarrollo de la interfaz para RA se dirige a generar una experiencia para el usuario
basada en el impacto de los efectos visuales existen aplicaciones de RA que
posibilitan el estímulo de otros sentidos diferentes de la visión para mejorar la
experiencia aumentada.
1.4.1.1 Realidad Aumentada no Visual.
La experiencia que brindan los sistemas de Realidad Aumenta, pueden separarse de
su diseño cotidiano de presentación de imágenes, para modificar la realidad por
uno, como el desarrollado en la Universidad de Konstanz en Alemania, que permite
a personas no videntes recibir una señal auditiva de alerta cuando el sistema detecta
un obstáculo próximo a la persona. Este sistema hace uso de una cámara infrarroja
de un dispositivo Kinect sujeta a un casco que transmite la información visual

13
capturada por la cámara, transformada en instrucciones de audio, a un audífono
inalámbrico, estas instrucciones pueden ser alertas o guías de navegación.
1.4.1.2 Sonido.
Para capturar la energía transmitida en forma de ondas sonoras y asignarles sentido,
el cuerpo humano hace uso del sistema auditivo periférico y central, el primero se
encarga de la transformación de variaciones de presión sonora que llegan al
tímpano en impulsos eléctricos y el segundo procesa la información recibida y
asigna significados a los sonidos percibidos. Este procesamiento ocupa
aproximadamente el 3% de la corteza cerebral.
El uso de sonido en RA, del cual existen en la actualidad ejemplos, como el
desarrollo de guías de museos por compañías como DNP, permite usos innovadores
de la tecnología como el experimento de RA llevado a cabo en el Laboratorio
Ishikawa Komuro de la Universidad de Tokio, donde un proyector presenta una
imagen en una superficie móvil en el que se añade un sonido envolvente que parece
ser emitido desde la posición donde se proyecta la imagen.
No solamente se puede usar sonido de salida (output), en la interacción ser humano
- computadora, en las aplicaciones de RA, también existe la posibilidad de usar
sonido como interfaz de entrada como lo demuestra James Alliban en su aplicación
para iPad Konstruct donde el usuario puede crear esculturas virtuales hablando,
silbando o soplando en el micrófono del iPad para generar una variedad de formas
tridimensionales de diferentes colores, creando así composiciones que pueden ser
almacenadas en el dispositivo. (http://apps.augmatic.co.uk/konstruct).
1.4.1.3 Tacto.
En los seres humanos, la capacidad de percepción de presión, temperatura,
aspereza, dureza, etc. está a cargo del sentido del tacto o mecano-recepción, esta
información es percibida mediante receptores nerviosos ubicados principalmente en
la piel que posteriormente será interpretada. El procesamiento de la información
táctil ocupa alrededor del 8% de la corteza cerebral.

14
Los Teléfonos Inteligentes actuales tienen capacidad de vibrar cuando se presiona
un botón o joysticks con retroalimentación de fuerza, sin embargo la tecnología aún
no permite una retroalimentación táctil de botones proyectados por los
visualizadores de RA, por lo que se han llevado a cabo experimentos como el del
departamento de procesamiento de datos de la Universidad de Oulu en Finlandia,
donde se desarrolló el proyecto de interfaz inteligente Paula, que usa la mano del
usuario en combinación con visualizadores transparentes de RA para dar una
respuesta táctil al presionar un botón de un teclado virtual que se proyecta en una
de las manos del usuario, haciendo ésta el interesante papel de interfaz de entrada y
salida a la vez.
1.4.2 Portabilidad.
Pese a que en sus orígenes los sistemas experimentales RA se basaban en
configuraciones estáticas por las limitaciones tecnológicas, la RA por su naturaleza
misma explora el mundo real, sin negar las posibles aplicaciones que los
diseñadores desarrollen para sistemas de RA estática. El esfuerzo inicial por una
RA móvil empieza en 1997, cuando en la Universidad de Columbia, se desarrolla
un prototipo de sistema de RA para explorar el entorno urbano por S. Feiner, B.
MacIntyre, T. Höllerer y A. Webster. Este sistema constaba de una computadora
con GPS diferencial, una radio digital para acceso a Internet todo esto empacado en
una mochila, adicionalmente, el sistema contaba con un dispositivo visualizador de
mano de 2D y un visualizador 3D transparente, con seguimiento de movimiento
sujeto a la cabeza. Este sistema combinó por primera vez la superposición de
gráficos tridimensionales con la libertad de movimiento sin ataduras de la
computación móvil para la investigación sobre el uso de computadoras que las
personas puedan llevar en su vida cotidiana.
Figura 1.2. Sistema móvil de Realidad Aumentada (MARS).2
2
Fuente: http://graphics.cs.columbia.edu/projects/mars/mars.html

Esta investigación supuso el inicio de otros proyectos de investigación como la
Guía de RA de Restaurantes desarrollada igualmente en la Universidad de
Columbia en el 2001, posteriormente en el 2003 se usa en la Universidad de
Tecnología de Vienna por pri
desarrollo de una Guía móvil de
con el ordenador de bolsillo
forma autónoma.
Figura 1.3. Realidad
3
Fuente: http://www.hitl.washington.edu/artoolkit/projects/
de Restaurantes desarrollada igualmente en la Universidad de
Tecnología de Vienna por primera vez un PDA (Personal Digital Assistant) para el
desarrollo de una Guía móvil de RA para el interior de un local, el sistema contaba
el ordenador de bolsillo iPAQ 5450 donde funcionaba el sistema de
Realidad Aumentada para dispositivos de mano
http://www.hitl.washington.edu/artoolkit/projects/
15
de Restaurantes desarrollada igualmente en la Universidad de
mera vez un PDA (Personal Digital Assistant) para el
para el interior de un local, el sistema contaba
iPAQ 5450 donde funcionaba el sistema de RA de
Aumentada para dispositivos de mano.3

16
1.4.2.1 Hardware, Ley de Moore y dispositivos portátiles.
La ley de Moore, una ley empírica que sostiene que el número de transistores se
duplica cada 18 meses, formulada en 1965 por el co-fundador de Intel, Gordon E.
Moore ha venido cumpliéndose desde su formulación hasta la actualidad de forma
continua, sin embargo nuevos retos económicos y de diseño de microprocesadores
amenazan la continuidad de la Ley de Moore.
Cada iteración en la Ley de Moore toma aproximadamente dos años y supone un
aumento predecible del 40% del costo de desarrollo de la tecnología de fabricación
de microprocesadores lo que en los orígenes del desarrollo de esta tecnología
significaba que muchas empresas podían asumir los costos asociados a la
tecnología de fabricación de semiconductores para cada iteración, dejando en la
actualidad, solamente a tres empresas: Intel, Global Foundries y Taiwan
Semiconductor Manufacturing Company como las empresas tecnológicas capaces
de avanzar en su desarrollo de semiconductores de acuerdo a la Ley de Moore.
Pese a los problemas en el cumplimiento de la Ley de Moore la tendencia histórica
se dirige al desarrollo tecnológico de procesadores más rápidos, más pequeños y
más baratos. Esta tendencia, es palpable especialmente en los teléfonos móviles y
su paso desde los años 70s con los teléfonos un forma de ladrillo que permitían
solamente llamadas de voz y tenían poca cobertura a los 80s con los teléfonos en
forma de barra, que funcionaban ya con tecnología GSM, CDMA, TDMA y iDEN
que necesitaban de menos energía que la generación anterior de teléfonos celulares
para su funcionamiento y además de una mejora en la calidad del sonido, incluían
mensajes por texto. En la década de los 90 los teléfonos ya funcionan con
tecnología GPRS, HSCSD y WiDEN, por lo que eran capaces de transmitir datos y
de acceder a Internet, además de poseer cámaras y poder enviar mensajes
multimedia. Los Teléfonos Inteligentes se desarrollan a inicios de los 2000, utilizan
tecnología GPRS, HSDPA y Wi-Fi, el poder de procesamiento de los Teléfonos
Inteligentes hace que la plataforma móvil se vuelva clave y permite a los
desarrolladores agregar funcionalidad a sus sistemas, el correo electrónico se
convierte en la principal atracción de ventas. La era de los teléfonos Touch se inicia

17
con el iPhone a finales de los 2000, estos teléfonos cuentan con tecnología GPRS,
HSPDA, EVDO y Wi-Fi, su interfaz se enfoca en el movimiento, cuenta con
acelerómetro, GPS para la localización, una interfaz rica, centrada en la
subscripción de contenidos que se convierte en una plataforma multimedia basada
en Internet.
1.4.2.2 Baterías.
Las primeras baterías comerciales de iones de Litio aparecieron en 1991 precedidas
por varios inventos separados que incluyen el trabajo de Goodenough, Yazami y
otros. El uso de ánodos de carbono/grafito intercalado eliminaron los problemas de
la recarga deficiente del litio metálico debido a la formación de dendritas y
depósitos de litio metálico granulado con una penalidad pequeña de voltaje
solamente. Esto aumento los aspectos de seguridad del sistema de baterías de alta
energía. El cátodo y el ánodo son compuestos intercalados de litio incorporados
dentro de estructuras de electrodos unidas con polímeros basadas en Polifluoruro de
vinilideno (PVdF). El polímero permite que la estructura respire el cambio de
volumen que ocurre en los materiales activos durante la carga y descarga. La celda
opera por intercalación y separación de iones de litio dentro de un ánodo y cátodo
dependiendo si la celda está siendo cargada o descargada.
No existe litio metálico en la celda, solamente iones de litio, el electrolito es una
mezcla de solventes álkil carbonatos con sales hexafluofosfato de litio para proveer
conductividad.
Figura 1.4. Carga eléctrica de las baterías a través de los años.4
4
Fuente: Ralph J. Brodd, Comments on the History of Lithium-Ion Batteries.

18
Ha existido un esfuerzo para desarrollar nuevos materiales, la batería original de
oxido cobalto litio ha sido modificada por la incorporación de aditivos para
estabilizar la estructura de sus cristales e incrementar su capacidad.
La investigación y desarrollo de nuevos materiales ha identificado nuevos carbones
para reemplazar el ánodo de carbón duro original. Se han identificado materiales
alternativos para la fabricación de ánodos entre estos óxidos de titanio litio y
aleaciones nanoestructuradas estables de estaño, al igual que para la fabricación de
cátodos como el óxido de cobalto nickel litio, óxido de manganeso litio y fosfatos
de hierro litio.
El énfasis en el desarrollo de los nuevos materiales se ha relacionado con una
mejora en seguridad al igual que con una mayor capacidad de la batería.
Dados los avances tecnológicos en miniaturización de componentes, mejoras de
procesamiento y batería disponibles para el desarrollo de nuevos dispositivos
combinados con las comunicaciones inalámbricas y el acceso a datos, los sistemas
de RA son ya una realidad para los dispositivos como los Teléfonos Inteligentes y
Tabletas, que cuentan no solamente con las capacidades antes mencionadas, sino
que gracias al GPS y cámaras incluidas, son por su precio y disponibilidad la
alternativa más práctica en la actualidad para el funcionamiento de sistemas de RA.
Teléfonos Inteligentes como el Samsung Galaxy SII y el iPhone disponen ya de
varias alternativas de sistemas de RA, y Tabletas como la Samsung Galaxy Tab
vienen ya con aplicaciones de RA por defecto.

19
1.4.3 Reconocimiento.
Para que los sistemas de RA faciliten información coherente con el entorno real es
necesario que el sistema conozca que tipo de información presentar, los sistemas
de RA usan tecnología de seguimiento mecánico, magnético, acústico y de visión
para este fin.
Para ser capaces de determinar la posición del usuario dentro de un área
monitoreada, los sistemas de RA deben determinar primero la posición, la dirección
y la velocidad del movimiento. Se han desarrollado técnicas para enfrentar este
problema:
Localización Relativa, que consiste en evaluar la posición y orientación integrando
información de diversos sensores, usualmente sensores inerciales. La integración se
realiza desde una posición inicial y es actualizada continuamente.
Localización Absoluta, es la técnica que permite a los vehículos determinar su
posición cuando se encuentran en movimiento. Estos métodos usualmente confían
en un transmisor de navegación, hitos activos o pasivos y mapas que concuerdan
con señales basadas en satélites como el Sistema de Posicionamiento Global.
Los sistemas existentes pueden ser agrupados en dos categorías: objeto activo y
objeto pasivo. Los sistemas de objeto activo incorporan emisores de señal, sensores
y/o hitos ubicados en un entorno calibrado y preparado.
Los sistemas de objeto activo usan señales magnéticas, ópticas, de radio y
acústicas.
Los sistemas de objeto pasivo se basan en registrar el ambiente, señales naturales o
fenómenos físicos. Ejemplos incluyen brújulas para detectar el campo magnético de
la Tierra, sensores de inercia que miden la aceleración lineal y movimiento angular,
y sistemas de visión capaces de detectar características del entorno.
El seguimiento de objeto puede ser descrito a un conjunto de características clave
que sirven como medida de desempeño para evaluación y comparación. Algunas de
estas características son resolución, precisión y la respuesta del sistema.

20
• La resolución se relaciona a la exactitud con que el sistema puede
localizar una posición.
• La precisión es el rango dentro del cual la posición puede ser
considerada como correcta.
• La respuesta del sistema comprende la tasa simple que es la medida
a la cual se consulta a los sensores por datos, la tasa de datos que es
el número de posiciones computadas por segundo, la tasa de
actualización que es la medida a la cual es sistema reporta nuevas
posiciones y la latencia que es el tiempo transcurrido entre el
movimiento de un objeto y su registro en la computadora.
Sturman en 2001 clasifica los sistemas de rastreo en tres grupos:
• Tecnología Inside-in.- esta tecnología emplea recursos y sensores que se
encuentran sobre la persona. Estos rastreadores por lo general no proveen
información tridimensional basada en el mundo real y su uso se restringe a
áreas pequeñas. Un ejemplo de esta tecnología sería un guante con sensores
de flexibilidad.
• Tecnología Inside-out.- esta tecnología emplea sensores en la persona que
registran fuentes artificiales externas, como campos magnéticos generados
artificialmente o fuentes naturales como rastreadores mecánicos de
movimiento de cabeza usando una pared como referencia. Estos sistemas
proveen información basada en el mundo exterior, pero su área de trabajo se
encuentra limitada debido al uso de fuentes externas.
• Tecnología Outside-in.- esta tecnología emplea sensores externos que
registran fuentes o marcadores artificiales en el cuerpo como sistemas
basados en cámaras de video que registran el movimiento de la pupila y la
cornea. Estos sistemas son considerados como los menos intrusivos pero
bloquean la vista e igualmente suponen un espacio de trabajo limitado.

21
Tabla 1.3. Sistemas de Rastreo.5
Tecnología Descripción Fortalezas Debilidades
Mecánica. Mide el cambio de
posición mediante la
conexión física de
objetos remotos a un
punto de referencia
por unión de
eslabones.
Precisión.
Baja latencia.
No se presentan
problemas de línea de
vista o interferencia
magnética.
Buena para rastreo de
pequeñas dimensiones
con precisión.
Intrusivo, debido a cuerdas.
Sujeto a desgaste de partes
mecánicas.
Magnética Usan transmisores
que producen
campos magnéticos
que son detectados
por receptores que
determinan los
ángulos del campo y
su fuerza.
Bajo costo.
Precisos.
No se presentan
problemas con la línea
de vista.
Resistentes a ruido.
Registran
movimientos de
cuerpo completo.
Largo alcance, del
tamaño de un cuarto
pequeño.
Las superficies ferro
magnéticas o conductivas
causan distorsiones en el
campo.
Interferencia
electromagnética de otros
transmisores.
La precisión disminuye con
la distancia.
Alta latencia debida al
filtrado.
Carente de fuente,
no inercial
Usan sensores
magnéticos pasivos,
referenciados al
campo magnético de
la Tierra para medir
alabeo, cabezada y
guiñada para
calcular aceleración
angular y velocidad.
Bajo costo.
No se necesita de
transmisores.
Portátil.
Solamente 3 grados de
libertad.
Dificultad de establecer
movimiento entre
hemisferios magnéticos.
Óptica Usa diferentes
detectores, desde
cámaras de video
Alta disponibilidad.
Puede funcionar en
áreas grandes.
Es necesaria línea de vista.
Está limitado por la
intensidad y coherencia de
5
Fuente: S. Zlatanova, Augmented Reality Technology.

22
ordinarias a diodos
emisores de luz
(LEDs) para detectar
luz ambiental o luz
emitida bajo control
del dispositivo de
seguimiento de
posición.
Usualmente se usa
luz infrarroja para
evitar interferencia
con otras
actividades.
Rápido.
No se presentan
problemas de
interferencia
magnética.
Alta precisión.
la fuente de luz.
Pesado.
Caro.
Acústica
(Ultrasonido)
Usa tres micrófonos
y tres emisores para
calcular la distancia
desde la fuente al
receptor por medio
de triangulación.
Usa frecuencia
ultrasónica superior
a los 20 KHz para
que el emisor no sea
escuchado.
Bajo costo.
No hay problemas de
interferencia
electromagnética
Liviano.
Interferencia de ruido
ultrasónico.
Baja precisión debido a que
la velocidad del sonido en el
aire varía con las
condiciones climáticas.
Recepción de pulsos
“fantasma” causa por ecos.
Se necesita de línea de
vista.
Inercial Usa acelerómetros y
giroscopios. La
orientación de un
objeto se calcula la
tasa de giro y la
velocidad angular en
cada eje. Cambios
en la posición
pueden ser
calculando la
segunda integral de
los valores del
acelerómetro usando
las orientaciones
conocidas.
Rango ilimitado.
Rápido.
No existen problemas
de línea de vista.
No existen problemas
de interferencia
magnética.
Los sensores registran
la orientación
directamente.
Pequeño tamaño.
Bajo costo.
Solamente 3 grados de
libertad.
Deslizamiento.
Baja precisión para cambios
de posición lentos.
Elaboración: Alfredo Muñoz.

23
1.4.3.1 Dispositivos de seguimiento mecánicos.
Los sistemas de seguimiento de posición mecánicos, conocidos también como
goniómetros o exoesqueletos, miden las posiciones del cuerpo de una persona por
medio de ataduras mecánicas. El exoesqueleto debe estar sujeto físicamente al
usuario. Puede basarse en el cuerpo, cuando el sistema completo está sujeto al
usuario que puede moverse libremente o bien puede basarse en tierra cuando el
exoesqueleto está sujeto al suelo o a una estructura rígida, en la que el usuario
puede moverse dentro de los límites permitidos por el dispositivo. La latencia para
los sistemas de seguimiento mecánicos es muy corta, de alrededor de 5
milisegundos, su tasa de actualización es alta con 300 actualizaciones por segundo,
y son precisos.
Su desventaja principal es que le movimiento de los usuarios se encuentra
restringido. Un ejemplo de sistema de seguimiento mecánico es el “Boom”
desarrollado por Fake Space Labs (http://www.fakespacelabs.com).
Los dispositivos de seguimiento inercial representan un enfoque mecánico
diferente, basado en el principio de preservación de momento angular.
Estos dispositivos de seguimiento usan giroscopios en miniatura para medir los
cambios de orientación. Si se requiere la habilidad de seguimiento de 6 grados de
libertad, estos deben se proporcionados por algún dispositivo de seguimiento de
posición. Un giroscopio consiste de una rueda que gira rápidamente suspendida en
una carcasa. Las leyes de la mecánica hacen que la rueda resista cualquier cambio
de orientación. Esta resistencia puede ser medida y convertida en valores de alabeo
(roll), guiñada (yaw) y cabeceo (pitch). Los dispositivos de seguimiento inercial
son rápidos y precisos y debido a que no tienen una fuente separada, su rango,
solamente está limitado por la longitud del cable conectado a la caja de control o
computadora. La principal desventaja es la variación entre los valores actuales y los
reportados que se acumulan en el tiempo y que pueden llegar a 10 grados por
minuto.
1.4.3.2 Dispositivos de seguimiento magnético.

Los dispositivos de seguimiento magnético son usados para capturar
de traslación (x, y, z) y las
p, r). El seguimiento magnético es usado común
mundo virtual, por ejemplo al rastrear el movimiento de cabeza, manos o un
dispositivo de entrada. Algunos rastreadores magnéticos pueden seguir a varios
dispositivos simultáneamente
para la captura de movimiento de cuerpo completo. Esta información puede ser
usada en tiempo real para dirigir el movimiento de un personaje virtual o puede ser
grabado para dar a actores virtuales movimientos real
Figura 1.5. Rastreo con 6
Dependiendo del número de direcciones a seguir, los sistemas magnéticos pueden
tener diferentes grados de libertad (DOF). 1 grado de libertad (dirección y por
ejemplo) se consigue con un rollo de alambre envuelto en dirección al eje y. De
acuerdo a la regla de la mano derecha, si el pulgar coincide con la dirección de y, la
dirección de los dedos restantes es
alambre. Al pasar una corriente a través de este alambre se crea un campo
magnético en la dirección dese
proporcional a la fuerza de la corriente en el transmisor y a la distancia entre el
transmisor y el alambre enrollado del sensor. Ya que se conoce la fuerza del
transmisor es posible determinar la distancia entre
6
Fuente: http://www.virtualreality.net.au/6DOF_Tracker
Los dispositivos de seguimiento magnético son usados para capturar
de traslación (x, y, z) y las coordenadas de rotación: guiñada, cabeceo y alabeo (y,
p, r). El seguimiento magnético es usado comúnmente como una interfaz a un
dispositivos simultáneamente, por lo tanto esta tecnología puede ser una
grabado para dar a actores virtuales movimientos realistas.
Figura 1.5. Rastreo con 6 grados de libertad.6
gla de la mano derecha, si el pulgar coincide con la dirección de y, la
dirección de los dedos restantes es la dirección hacia donde
magnético en la dirección deseada. Entonces el campo creará una corriente
transmisor es posible determinar la distancia entre el transmisor y el sensor. En el
Fuente: http://www.virtualreality.net.au/6DOF_Tracker
24
Los dispositivos de seguimiento magnético son usados para capturar coordenadas
de rotación: guiñada, cabeceo y alabeo (y,
mente como una interfaz a un
por lo tanto esta tecnología puede ser una opción
gla de la mano derecha, si el pulgar coincide con la dirección de y, la
hacia donde debe envolverse el
ada. Entonces el campo creará una corriente
el transmisor y el sensor. En el

25
caso que se usen 2 grados de libertad es necesario usar un segundo alambre
enrollado. La corriente generada por el campo magnético se debilita en el sensor a
medida que se separa del transmisor, pero la corriente del sensor también se debilita
si no se encuentra en una línea recta del transmisor por lo tanto si el sensor es
rotado se recibe una señal más débil. El problema se encuentra en que no se conoce
si la debilidad de la señal es causada por la rotación del sensor o por la distancia.
En un sistema de 6 grados de libertad, el transmisor consiste de tres ejes
ortogonales (x, y, z) enrollados de alambre. Una corriente pasa por cada eje. El
sensor consiste de igual manera en un conjunto de tres alambres enrollados.
Dependiendo del sistema, la variación de fuerza de la señal o la multiplexación por
tiempo es usada para aislar los tres campos magnéticos. El trabajo de filtración es
mucho más intenso en este caso ya que la matemática requerida es más complicada
que relación directa entre corriente y distancia en el caso de 1 grado de libertad.
Los rastreadores electromagnéticos poseen un transmisor que emite un campo
electromagnético a lo largo de tres ejes ortogonales que son detectados por
sensores. Los sensores reportan la información acerca de la posición y orientación
respecto a la fuente. Existen dos problemas con los sistemas electromagnéticos. El
primero la latencia que es el tiempo de tardanza entre el movimiento del sensor y el
tiempo en que se reporta. En la actualidad los sistemas tienen una latencia de
alrededor de 0.1 segundos. Otro problema es la precisión, los dispositivos de
seguimiento electromagnéticos son muy sensibles a la presencia de metal y se
vuelven poco confiables. Una ventaja de estos rastreadores es que pueden ser
movidos libremente y no son perturbados por objetos no metálicos como el cuerpo
del usuario.
1.4.3.3 Dispositivos de seguimiento acústico.
Los dispositivos de seguimiento acústico usan ultrasonido para medir la posición y
orientación de un objeto específico. Se pueden distinguir dos enfoques básicos.
Seguimiento por tiempo de vuelo y seguimiento por coherencia de fase.
El seguimiento por tiempo de vuelo funciona midiendo en tiempo necesario para
que un sonido emitido por transmisores en el objetivo lleguen a sensores

26
localizados en posiciones fijas en el entorno, los transmisores emiten sonidos en
tiempos fijados con anterioridad y sólo un transmisor emite a la vez. Al medir
cuando un sonido llega a los diferentes sensores el sistema puede determinar el
tiempo que tomó al sonido viajar desde su ubicación inicial hasta los sensores, y
por lo tanto calcular la distancia entre el objetivo y los sensores. Al existir
solamente un punto dentro del espacio delimitado por los sensores que satisfaga las
ecuaciones para la distancia, la posición del objeto puede ser determinada. El
principal problema, de estos sistemas, es la baja tasa de actualización debido a la
velocidad del sonido en el aire. Otros problemas que se presentan en los sistemas
acústicos se deben a que factores ambientales como la temperatura, la presión
barométrica y la humedad afectan la difusión del sonido en el aire.
El seguimiento por coherencia de fase trabaja midiendo la diferencia en fase entre
las ondas de sonido emitidas por un transmisor en el objetivo de otras ondas
emitidas desde otro transmisor localizado en un punto de referencia. La fase de un
sonido representa la posición de una onda sonora y se mide en grados: 360 grados,
es equivalente a la diferencia de una longitud de onda. Esto se entiende si se piensa
en el sonido como una función Seno. El gráfico de la función Seno y Coseno
describe un circulo a medida que el ángulo progresa de 0 a 360 grados. Después de
360 grados (un ciclo o una longitud de onda), el gráfico retorna a su punto inicial.
Figura 1.6. Función Seno y Coseno.

27
Elaboración: Alfredo Muñoz.
Mientras la distancia viajada por el objetivo sea menos a una longitud de onda entre
actualizaciones, el sistema puede actualizar la posición del objetivo. Al usar varios
transmisores, se puede calcular también la orientación. Debido a que los sistemas
de seguimiento por coherencia de fase trabajan actualizando periódicamente la
posición del objeto, en lugar de medir la posición absoluta cada vez, el seguimiento
por coherencia de fase está sujeto a la acumulación de errores en el tiempo.
1.4.3.4. Dispositivos de seguimiento visual.
La visión es comúnmente usada en los sistemas de RA, a diferencia de otras
tecnologías activas o pasivas, los métodos de visión pueden estimar la posición de
la cámara directamente de la imagen observada por el usuario. La estimación de la
posición se relaciona usualmente al objeto u objetos de interés y no al sensor o
emisor ubicado en el entorno. Este presenta varias ventajas: el rastreo se puede
realizar con objetos en movimiento, la medida de seguimiento realizada desde la
posición de vista minimiza el error de alineamiento visual, la precisión del
seguimiento varía en proporción al rango del o los objetos en la imagen. La
capacidad de seguimiento de postura y el medir los errores residuales son una
50 100 150 200 250 300 350
-1
-0.5
0.5
1
y=sen(x)
y=cos(x)

28
capacidad única de los sistemas basados en visión, sin embargo los sistemas de
visión no son robustos y su costo computacional es alto.
Todos los sensores de seguimiento tienen limitaciones. El rango de registro de los
sensores como las fuentes de interferencia generadas por el hombre o por fuentes
naturales limitan los sistemas de objeto activo. Los sistemas de objeto pasivo
también están sujetos a la degradación de la señal, por ejemplo, inadecuada
iluminación afecta a los sistemas de seguimiento por visión y la distancia a
materiales ferrosos distorsiona a las brújulas. Los sensores inerciales miden la
aceleración y movimientos angulares por lo que sus señales deben estar integradas
para calcular posición y orientación. El ruido, la calibración de errores, y la
aceleración de la gravedad introducen errores a estas señales que dan como
resultado un deslizamiento en la posición y orientación calculada. Los sistemas
híbridos intentan compensar las limitaciones del uso de una sola tecnología, usando
sensores de varias tecnologías para producir resultados fiables. El principal sistema
hibrido es la combinación de un sistema magnético de objeto pasivo, combinado
con un sistema de seguimiento mediante visión. Los datos de un giroscopio inercial
pueden incrementar la fiabilidad y la eficiencia computacional de un sistema de
visión al proporcional un estimado relativo de la orientación de la cámara cuadro a
cuadro, mientras que el sistema de visión puede corregir el error acumulado del
sistema inercial.
Los sistemas de visión hacen un seguimiento de los movimientos en imágenes de 2
dimensiones, que son estimadas con la ayuda de los sensores de giroscopio. El
sistema de visión por otra parte corrige los errores y el deslizamiento de los
estimados inerciales. En un sistema de visión, uno de los mayores problemas es el
tipo de características que pueden ser rastreadas. Se pueden utilizar diferentes
enfoques como: planillas, puntos, líneas, esquinas, colores y combinaciones de los
anteriores.
El seguimiento por planillas basa su búsqueda en escenas del mundo real. Las
planillas son pequeñas imágenes que pueden ser usadas en diferentes posiciones de
cámara. Planillas confiables pueden ser extraídas automáticamente y su posición
estimada de igual manera. El seguimiento por planillas tiene precisión de alrededor

29
de 1 cm si características cercanas a 1m son visibles. Estos sistemas pueden
funcionar incluso cuando existan menos de tres características a la vista.
Los puntos de una esquina combinados con una orientación conocida es una forma
muy rápida de rastreo y probablemente el primer algoritmo de rastreo del mundo
real basado en cámara que pudo ser ejecutado en tiempo real en una computadora
de escritorio.
Las esquinas como el cruce de líneas o medidas de gradiente y curvatura pueden
usarse para corregir el deslizamiento de un sistema inercial usando detectores de
curvatura o de esquina encajando esas esquinas con la proyección de una figura
geométrica antes establecida.
La correspondencia de líneas es el sistema más usado. Kosaka y Nakazawa usan un
modelo tridimensional del entorno y buscan su correspondencia con líneas de su
base de datos usando una transformada de Hough en la imagen. Ellos alcanzan
precisiones menores al centímetro y orientaciones de un grado cuando la distancia
de la cámara es de alrededor de 20 cm, sin embargo necesitan de 2.5 segundos para
procesar un cuadro, por lo que es un algoritmo lento comparado con otras
alternativas.
El color puede ser una forma de mejorar la fiabilidad del seguimiento, sin embargo
esta alternativa no ha sido explorada lo suficiente ya que los colores son
cambiantes dependiendo de la posición del usuario y las condiciones cambiantes de
luz.
1.4.4 Visualización.
1.4.4.1 Sistemas de Realidad Aumentada basados en Monitores.
Los Sistemas de RA basados en monitores o pantallas permiten a los usuarios
observar el mundo real y las imágenes virtuales superpuestas a la vez en una
pantalla, sin la necesidad de usar lentes especiales. Esta aproximación a la
visualización en la RA es usada ampliamente en laboratorios para probar sistemas y
crear demostraciones de bajo costo. Para hacer posible la integración de entre el
objeto virtual dentro de las imágenes de video del mundo real, la posición exacta

30
del objeto con respecto al mundo real es indispensable. La configuración de los
sistemas basados en monitores se presenta a continuación.
1.4.4.2 Sistemas Transparentes de Realidad Aumentada (See-through).
Los sistemas RA transparentes son complejos, porque permiten a los usuarios
observar el entorno al rededor de ellos, para maximizar la percepción del mundo
real. La mayoría del aumento en pantalla se logra usando espejos para superponer
ópticamente gráficos generados por computadora en escenas vistas directamente del
mundo real. Los sistemas transparentes de RA pueden ser sistemas montados en
paneles o bien HMDs.
La escena generada por computadora es proyectada a la vista del usuario
considerando la posición y la dirección de la cabeza obtenida de un sistema de
seguimiento de la cabeza del usuario. Cuando el usuario mueve su cabeza los
objetos virtuales deben ser redibujados con respecto a la nueva posición del
usuario. Esto presenta dificultades técnicas que tienen que ser resueltas para el
correcto funcionamiento de sistema de RA, entre estas dificultades se encuentran la
determinación precisa de la posición del usuario, la calibración y correspondencia
del punto de vista del usuario, el campo de vista adecuado, así como también se
presentan dificultades perceptuales por los efectos del ocultamiento de los objetos
reales por los virtuales. Estos problemas se intensifican cuando los sistemas
transparentes de RA se construyen para que la experiencia aumentada se presente
de manera estereoscópica.
Algunas de estas dificultades tecnológicas pueden ser parcialmente eliminadas
reemplazando los dispositivos ópticos transparentes por un HMD que use video,
creando así lo que se conoce cómo "transparencia por video". Estas pantallas
presentan ventajas desde el punto de vista tecnológico y el perceptual incluso aun
cuando se presentan nuevos problemas debido a la necesidad de crear un sistema de
cámaras que se alinee con el punto de vista de los ojos del usuario. En el esquema
se presenta el funcionamiento de un Sistema Transparente de RA. La escena real es
grabada por la cámara de video. La cámara realiza una proyección de perspectiva
en un plano en 2D de un mundo en 3D. Parámetros internos de la cámara como la

31
longitud focal y la distorsión de los lentes, y externos como la posición y
orientación de la cámara determinan directamente cómo se proyecta la imagen en el
plano 2D. Luego un sistema de gráficos por computadora genera una imagen virtual
dentro de un cuadro de referencia. El sistema gráfico necesita información respecto
de los parámetros de la escena real para poder presentar el o los objetos virtuales en
una posición y orientación adecuada, para posteriormente presentar la imagen
compuesta y permitir la visión de RA.
1.4.4.3 Sistemas Espaciales de Realidad Aumentada.
El enfoque en los Sistemas Espaciales es muy similar a los anteriores sistemas de
RA con la diferencia que la imagen bidimensional se proyecta en una superficie que
se encuentra fija en un lugar como por ejemplo las imágenes bidimensionales
pueden ser "pintadas" sobre la superficie. Para crear la ilusión que los objetos
virtuales son registrados en los objetos reales, al igual que en los sistemas
transparentes de RA es necesario el cálculo de diferentes parámetros como la
posición del usuario, los variables de proyección del proyector y la forma de la
superficie del objeto real en el ambiente real, para poder presentar en su superficie
la proyección del objeto virtual. Sin embargo también existen diferencias en los
parámetros a ser calculados en referencia a los sistemas transparentes de RA como
las relaciones de oclusión como cuando un objeto real puede bloquear a un objeto
virtual pero un objeto virtual no puede bloquear a un objeto real. Por ejemplo
levantar la mano en frente de la cara bloquea al objeto virtual detrás de ella, pero un
objeto virtual no puede ocultar a un objeto real a pesar que la intensión sea flotar
frente a éste. El mayor de los problemas de los sistemas espaciales de RA es su
dependencia de las propiedades de las superficies de proyección, idealmente un
objeto de color claro de superficie plana y uniforme es necesario, es muy difícil
presentar imágenes vívidas en superficies con reflectividad muy elevada o muy baja
o en superficies oscuras. La iluminación ambiental también puede afectar el
contraste de las imágenes. Otro problema se puede presentar debido a la sombra
causada por los usuarios. La RA Espacial solamente permite el seguimiento activo
de un solo usuario en un momento determinado porque las imágenes son creadas en
el ambiente físico en lugar de en el espacio individual del usuario. Esta limitación

32
ha sido resuelta usando lentes obturados por multiplexación de tiempo para permitir
el seguimiento activo de más usuarios.
1.4.4.4 Visualizadores Disponibles para sistemas de Realidad Aumentada.
Las pantallas para los sistemas de RA usan un conjunto de componentes ópticos,
electrónicos y mecánicos para generar imágenes en algún lugar en la vía óptica
entre los ojos del observador y el objeto físico a ser aumentado. Dependiendo de la
óptica usada, la imagen puede ser formada en un plano o en una superficie
compleja no plana.
La imagen a continuación ilustra las diferentes posibilidades del lugar donde una
imagen se puede formar y el tipo de imagen que se produce dentro de las
aplicaciones de RA tomando en cuenta la posición de los dispositivos de
visualización con respecto al observador y al objeto real.
Figura 1.7. Generación de imagen para visualizadores de RA.7
7
Fuente: Oliver Bimer, Ramesh Raskar, Spatial Augmented Reality – Merging Real and Virtual
Worlds
Objeto real

33
1.4.4.4.1 Visualizadores sujetos a la cabeza.
Las pantallas sujetas a la cabeza requieren que los usuarios lleven los dispositivos
fijos en la cabeza. Dependiendo de la tecnología de generación de imagen, existen
tres principales tipos de dispositivos:
1.4.4.4.1.1 Visualizador de Retina.
Los visualizadores de retina utilizan semiconductores laser de baja potencia para
proyectar luz modulada directamente a la retina del ojo en lugar de proyectar la luz
frente al ojo del observador. Esto produce una imagen brillante de alta resolución
con un amplio campo de visión en comparación con los sistemas de visualización
basados en pantallas, siendo su principal ventaja el brillo y contraste de la imagen y
el poco consumo de energía del dispositivo, lo que favorece su uso para
aplicaciones en exteriores, existen sin embargo desventajas en el uso de los
visualizadores de retina como las imágenes monocromáticas en rojo debido al costo
de láseres azules y verdes, la ausencia del sentido de adaptación ocular debido a
que la luz laser elude el sistema motor ocular porque se proyecta directamente en la
retina, y que versiones estereoscópicas de la tecnología no existen aún.
Potencialmente las generaciones futuras de esta tecnología superarán estas
desventajas para presentar imágenes estereoscópicas de color a altas resoluciones
con un campo de visión amplio.
Figura 1.8. Visualizador sujeto a la cabeza de MicroVision.8
8
Fuente: http://www.microvision.com

1.4.4.4.1.2 Visualizador montado en la cabeza. (Head Mounted Display).
Este tipo de dispositivos se usan principalmente para aplicaciones de
existiendo dos tecnologías asociadas a este tipo de dispositivos: las transparentes
por video y las transparentes por óptica. Las primeras hacen uso de la combinación
de video y presentan las imágenes a corta distancia en una pantalla montada en la
cabeza, las segundas hacen uso de combinadores óptico
semitransparentes o pantallas LCD transparentes.
Los dispositivos de visualización montados en la cabeza presentan limitaciones
generales referentes a cualquier dispositivo que se sujeta a la cabeza del usuario,
entre otros como: Baja resolución en las imágenes generadas debido a la
miniaturización de la
caso de los dispositivos de transparencia óptica y de la imagen completa en el caso
de los dispositivos de transparencia por video, el campo de vista limitado debido a
las restricciones de la
pesados que causan incomodidad a los usuarios y los dispositivos ergonómicos con
baja calidad de imagen, problemas con la percepción visual causados por la
profundidad constante de la imagen en los d
es causada por la diferente profundidad entre las imágenes del ambiente real y
imagen de los objetos virtuales presentado en un plano fijo sujeto a la cabeza del
observador, lo que fuerza a los ojos a continuamente c
distintas profundidades de la imagen o a percibir todos los objetos con el mismo
Visualizador montado en la cabeza. (Head Mounted Display).
Este tipo de dispositivos se usan principalmente para aplicaciones de
entan las imágenes a corta distancia en una pantalla montada en la
cabeza, las segundas hacen uso de combinadores óptico
semitransparentes o pantallas LCD transparentes.
miniaturización de las pantallas, sean estas solamente de los objetos virtuales en el
las restricciones de la óptica aplicada, el balance entre los elementos ópticos
profundidad constante de la imagen en los dispositivos de transparencia óptica que
observador, lo que fuerza a los ojos a continuamente cambiar el enfoque entre las
34
Visualizador montado en la cabeza. (Head Mounted Display).
Este tipo de dispositivos se usan principalmente para aplicaciones de RA,
entan las imágenes a corta distancia en una pantalla montada en la
cabeza, las segundas hacen uso de combinadores ópticos, sean espejos
s pantallas, sean estas solamente de los objetos virtuales en el
óptica aplicada, el balance entre los elementos ópticos
ispositivos de transparencia óptica que
ambiar el enfoque entre las

35
enfoque dando lugar a que la imagen de una profundidad determinada sea borrosa,
este fenómeno se lo conoce como el problema de la longitud focal fija.
Los dispositivos de transparencia óptica requieren de calibración dependiente del
usuario y de la sesión de uso, y de un seguimiento preciso de la cabeza para
asegurar una superposición de imágenes correcta. Para los dispositivos de
transparencia por video los gráficos pueden ser integrados basándose en la
precisión de los pixeles, pero el procesamiento de la imagen en los dispositivos de
seguimiento óptico incrementa el tiempo de respuesta del sistema. Aumento en la
incidencia de incomodidad debido a cinetosis de simulador causada por el plano de
la imagen sujeta a la cabeza.
Figura 1.9. Sistema de visualización por transparencia óptica para oclusión mutua y visión
estéreo en tiempo real (ELMO).9
9
Fuente: http://www.lab.ime.cmc.osaka-u.ac.jp

36
Los dispositivos convencionales de transparencia óptica no pueden proporcionar un
efecto consistente de bloqueo entre los objetos reales y los virtuales. Esto se debe a
que la luz de las pantallas en miniatura que es reflejada por los espejos
semitransparentes interfiere con la luz transmitida por la iluminación del ambiente
real, para solucionar este problema se puede usar paneles LCD adicionales para
bloquear selectivamente la luz ambiental de la luz de los gráficos dibujados.
1.4.4.4.1.3 Proyectores sujetos a la cabeza.
Visualizadores de proyección montados en la cabeza, HMPD por sus siglas en
inglés redireccionan el frustum de los proyectores en miniatura con espejos
semitransparentes para que las imágenes sean proyectadas en una superficie retro
reflectiva que se encuentra al frente del observador. Una superficie retro reflectiva
está cubierta con miles de cubos retro reflectores de esquina que reflejan la luz en el
(Izquierda) Imagen fantasma normal. (Derecha) Imagen
mutuamente ocluida.
(Izquierda) Diseño óptico. (Derecha) Sistema actual sin
cámaras.

37
mismo ángulo de la dirección de incidencia, estas superficies reflejan imágenes más
brillantes que superficies normales que difuminan la luz.
Figura 1.10. Proyector sujeto a la cabeza.10
a) Concepto simplificado de proyector sujeto a la cabeza b) y c) prototipos de
proyectores sujetos a la cabeza.
Otro dispositivo de visualización que usan proyectores sujetos a la cabeza son los
visualizadores sujetos a la cabeza proyectivos PHMD, estos proyectan las imágenes
en superficies regulares en lugar de superficies especiales que se encuentren frente
a la cara del observador, para la integración de estas imágenes en estéreo en el
campo de visión del observador se utilizan dos espejos semitransparentes. Pese a
que el funcionamiento de los PHMD difiere del los proyectores sujetos a la cabeza
10
Fuente: Hong Hua, Jannick Roland, 2001

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