Simulación de entornos espaciales mediante realidad virtual

1998/09/01 Ugarte, Haritz Iturria: Elhuyar aldizkaria

• Astronomia

La realidad virtual ha sido la mayor revolución de este fin de siglo debido a su utilidad en diferentes ámbitos. Los últimos avances técnicos e informáticos están permitiendo su uso en el diseño de sistemas mecánicos industriales, sobre todo en sistemas de gran complejidad o complejidad. De este modo, en el propio centro de investigación CEIT se están creando otros simuladores de aplicación industrial. Entre otras cosas, en los últimos años se han desarrollado herramientas de realidad virtual para el análisis del comportamiento del sistema de suspensión de coches y la formación en el uso de maquinaria pesada para la construcción.

Esta herramienta que simula entornos espaciales ha sido desarrollada en el CEIT a instancias de la Agencia Europea del Espacio ESA/ESTEC. Su objetivo es la simulación interactiva de entornos espaciales complejos que permite predecir el comportamiento de todos los objetos móviles que rodean misiones espaciales, como espacios, robots, objetos flotantes y astronautas. De esta forma se pretende mejorar el ciclo de diseño de la estación espacial ya que permite visualizar gráficamente el comportamiento del sistema en tiempo real.

El programa permite crear diferentes escenarios. Estos escenarios modelizarán los entornos que la estación ISSA puede encontrar en la órbita de la Tierra, permitiendo al usuario del programa crear cualquier escenario. Los elementos que ofrece el programa son:

Espacios: La estación espacial internacional Issa puede incorporarse al escenario en tres fases de la construcción. También se puede incluir la estación espacial MIR y el espacio Shuttle.

Planetas: El programa permite modelizar los movimientos y la influencia de la Tierra, la Luna y el Sol. De esta forma se puede ver la posición de los planetas en tiempo real, noches, días, eclipses, etc. influencia.

Cámara Controlada Remota: Esta cámara se puede utilizar como objeto volante y es una herramienta perfecta para obtener vistas del escenario desde cualquier posición. Ofrece todo tipo de imágenes, como imágenes que un astronauta vería con sus propios ojos colocando una de estas cámaras en su cabeza. Existen dos modelos:

• Modelo Dinámico: La cámara se considera como un objeto con inercia como cualquier objeto volante del espacio. Está dotado de un sistema de propulsión y los cohetes para conseguir movimiento se impulsan hasta alcanzar la velocidad deseada.
• Modelo Cinemático Simplificado: La cámara no tiene inercia por lo que no se tiene en cuenta ningún sistema de propulsión.

El programa permite crear diferentes escenarios. Estos escenarios modelizarán los entornos que la estación ISSA puede encontrar en la órbita de la Tierra, permitiendo al usuario del programa crear cualquier escenario.

CEIT

Por otro lado, se ha tenido en cuenta la degradación que sufrirían las imágenes de la cámara como consecuencia del ruido y la luz, con el fin de ofrecer imágenes de gran realidad.

Objetos Flotantes: También es posible modelizar objetos flotando en el espacio. Estos objetos siguen las leyes de la mecánica de las órbitas y el joystick para movilizarlos permite aplicar pulsos de fuerza variable.

Sistemas Mecánicos: El programa de simulación COMPAMM desarrollado en el CEIT permite controlar el robot en forma de brazo ERA. Este robot, situado en el módulo principal de la estación espacial internacional ISSA, se utilizará para reparaciones exteriores de módulos, entre otros. Es un sistema mecánico de dos partes con seis grados de libertad para el cumplimiento de sus obligaciones. El robot ERA puede ser controlado tanto por la interfaz convencional como por una caja de control virtual. Esta última se encuentra en la pantalla del programa y se puede utilizar mediante un puntero para mover los brazos del robot y agarrar los objetos.

Humanos: Las Actividades Extraespaciales o EVA de los Astronautas se han modelizado mediante la herramienta de simulación DYNAMAN. Esta herramienta se ha desarrollado en el CEIT para simular en el espacio los movimientos del cuerpo humano. Tiene en cuenta, entre otras cosas, las barreras de movimiento de los trajes de los astronautas y está basado en un sistema de 36 grados de libertad para representar todos los movimientos humanos.

El Software del Simulador está basado en la Programación Orientada a Objetos utilizando el lenguaje C++. El programa está dividido en varios módulos, tal y como se puede ver en el siguiente esquema. El módulo principal es el módulo de control en tiempo real que controla el resto de módulos. El movimiento de los sistemas mecánicos en los escenarios se controla de forma independiente en los módulos de simulación.

Una de las características más importantes del programa es la visualización en 3 dimensiones. El simulador ofrece dos formas de sumergirse en la Realidad Virtual: mediante gafas de imagen estereográfica o mediante casco HMD de realidad virtual. El primero se utiliza para simulaciones sencillas y para la preparación del programa, ya que no genera el efecto de inmersión que ofrece el segundo.

El hardware del sistema está equipado con 4 CPU. Por otro lado, para obtener imágenes de alta calidad se ha desarrollado un sistema que genera entre 30 y 60 imágenes por segundo, lo que permite obtener tejido de alta calidad, fuentes de luz y reflejo. Para la creación de imágenes se ha utilizado una estación gráfica de trabajo SGI Onyx de altas prestaciones con la tarjeta gráfica Reality Engine 2.