Avances en tecnologías XR

Introducción

Este capítulo proporciona un análisis del estado de la tecnología de realidad extendida ( XR) en la investigación. Se basa en una revisión exhaustiva de la literatura académica, a partir de 266 artículos revisados por pares publicados en 2023 en revistas clave dedicadas a la investigación de XR. Las revistas clave examinadas en todos los capítulos de este informe, incluido este capítulo, incluyen Virtual Reality (152 artículos), Frontiers in Virtual Reality (91 artículos), Presence: Virtual and Augmented Reality (12 artículos) y Virtual Creativity (11 artículos). Centrándose en las tendencias de uso de la investigación XR durante 2023, este capítulo proporciona un análisis temático inductivo de resúmenes de investigación para identificar temas y tendencias clave, así como una recopilación detallada de las herramientas de hardware y software XR mencionadas con mayor frecuencia en la literatura. El objetivo es proporcionar una descripción general objetiva y basada en datos del panorama de XR que pueda informar futuros esfuerzos de investigación y desarrollo. Por lo tanto, este capítulo sirve como un recurso valioso para investigadores, desarrolladores y partes interesadas que buscan comprender y avanzar en el campo de las tecnologías XR.

Métodos

Análisis temático: para identificar los temas principales en la literatura de investigación sobre realidad virtual, empleamos un enfoque innovador que utiliza procesamiento avanzado del lenguaje natural. Los resúmenes de artículos relevantes se compilaron en un único archivo de texto y se analizaron utilizando Google Gemini 1.5, un modelo sofisticado con un contexto de 1 millón de tokens. Este método aprovecha la capacidad de Gemini para identificar patrones y extraer información de grandes conjuntos de datos no estructurados, reflejando estudios recientes que han utilizado con éxito modelos de lenguaje grande (Large Language Models o LLM) para identificar temas y sentimientos en la literatura de investigación (Miah et al., 2024 ) .

Investigaciones recientes han demostrado que los enfoques de análisis de sentimientos basados en LLM, que comparten métodos y herramientas similares a los enfoques de análisis temático, pueden ser tan sólidos y, a veces, más efectivos que las herramientas convencionales de lenguaje natural como RoBERTA ( Krugmann & Hartmann, 2024). Esto ha llevado a los investigadores a explorar varias formas de integrar los LLM en conjuntos de herramientas de análisis temático. Un enfoque prometedor es el modelo LLM-in-the-loop, en el que codificadores humanos colaboran con un LLM para establecer parámetros de codificación (Dai et al., 2023). En el análisis que sigue, se utilizó Gemini 1.5 para identificar inductivamente temas clave, determinar su prevalencia relativa como porcentaje de la literatura total y proporcionar citas y ejemplos para cada tema. Este método permite una comprensión integral y matizada del estado actual de la literatura de investigación sobre realidad virtual.

Análisis de hardware y software: para compilar una lista completa de las herramientas de hardware y software XR mencionadas con mayor frecuencia en la literatura, se desarrolló un script Python personalizado que utiliza la interfaz de programación de aplicaciones (API) OpenAI. Este script primero dividió cada artículo en “fragmentos” de 500 palabras que la API podría procesar. Luego se le solicitó a la API la función de "identificar e informar sobre el hardware y software XR" para cada fragmento de texto. El resultado se compiló en una base de datos estructurada y se resumió con llamadas a la API de OpenAI para producir la lista final de herramientas clave de hardware y software de realidad virtual, junto con métricas de frecuencia. Este enfoque automatizado permitió analizar un volumen mucho mayor de literatura en comparación con los métodos manuales. Puede adoptarse para fines de investigación generales y se proporciona en https://github.com/drquandary/Docparse

Resultados del análisis temático

Virtual and augmented reality (VR/AR) technologies^[1] have seen rapid advancements and widespread adoption in recent years across a diverse range of domains. This report presents a comprehensive analysis of the major themes and applications of VR/AR based on a systematic review of the current academic literature. The themes identified through this inductive analysis include: VR/AR applications in healthcare and therapy (44%), VR/AR for education and training (24%), human factors and user experience in VR/AR (18%), VR/AR for social interaction and communication (7%), and VR/AR for design and visualization (7%).

Dentro de la atención sanitaria y la terapia, las áreas de aplicación clave son la rehabilitación, el tratamiento del dolor, el tratamiento de la salud mental y la formación médica. Las aplicaciones de educación y capacitación abarcan entrenamiento de habilidades, educación y aprendizaje general y simulaciones realistas. La investigación sobre factores humanos profundiza en la presencia y la inmersión, el cibermalestar y la evaluación de la usabilidad. Los estudios de interacción social exploran temas como la realidad virtual social y la personificación de avatares. Finalmente, las aplicaciones de diseño y visualización incluyen la planificación urbana y el diseño de productos. Las siguientes secciones profundizarán en cada tema con más detalle, discutiendo hallazgos, tendencias e implicaciones clave.

1. Aplicaciones de VR/AR en atención médica y terapia (44%):

Este tema dominante abarca una amplia gama de aplicaciones destinadas a mejorar el bienestar físico y mental.

• Rehabilitación (18%): Estudios como " A haptic-feedback virtual reality system to improve the Box and Block Test (BBT) for upper extremity motor function assessment" (Dong et al., 2023), "Immersive virtual reality for upper limb rehabilitation: comparing hand and controller interaction" (Juan et al., 2023) y "A virtual reality bus ride as an ecologically valid assessment of balance: a feasibility study" (Gonçalves et al., 2023) exploran la realidad virtual y la realidad aumentada para la rehabilitación motora , entrenamiento del equilibrio y rehabilitación cognitiva.
• Manejo del dolor (12%): investigaciones como "Designing effective virtual reality environments for pain management in burn-injured patients" (Phelan et al., 2023) y "When virtual reality supports patients’ emotional management in chemotherapy" (Buche et al. , 2023) investigan el uso de VR/AR para aliviar el dolor en pacientes quemados y durante la quimioterapia.
• Salud mental (9%): Estudios como "Gamified virtual reality exposure therapy for adolescents with public speaking anxiety: a four-armed randomized controlled trial" (Kahlon et al., 2023) y "Co-design of avatars to embody auditory hallucinations of patients with schizophrenia" (García et al., 2023) utilizan VR/AR para tratar trastornos de ansiedad, fobias y esquizofrenia.
• Formación médica (5%): investigaciones como "Toward the validation of VR-HMDs for medical education: a systematic literature review" ( Pedram et al., 2023) y "Utilization of virtual reality for operating room fire safety training: a randomized trial" (Katz et al., 2023) profundizan en la aplicación de la VR/AR para la formación de profesionales médicos en procedimientos quirúrgicos y respuesta a emergencias.

2. VR/AR para la educación y formación (24%):

Este tema explora el potencial de la VR/AR para mejorar las experiencias de aprendizaje y el desarrollo de habilidades.

• Entrenamiento de habilidades (8%): estudios como "Training mental imagery skills of elite athletes in virtual reality" (Wu et al., 2023) e "Investigating the effectiveness of immersive VR skill training and its link to physiological arousal" (Radhakrishnan et al. ., 2023) investigan la realidad virtual y la realidad aumentada para entrenar habilidades motoras complejas, incluidos movimientos deportivos y habilidades motoras finas.
• Educación y aprendizaje (8%): investigaciones como "A phenomenological approach to virtual reality in psychiatry education" (Pedersen & Musaeus , 2023), "Embodied mixed reality with passive haptics in STEM education: randomized control study with chemistry titration" (Johnson - Glenberg et al., 2023), e "Incorporating AR/VR-assisted learning into informal science institutions: A systematic review" (Chen et al., 2023) profundizan en el uso de VR/AR en diversos entornos educativos para materias como física, química y aprendizaje de idiomas.
• Simulación y entrenamiento (8%): Estudios como "Exploring the role of virtual reality in military decision training" (Harris et al., 2023) e "Immersive virtual reality and passive haptic interfaces to improve procedural learning in a formal training course for first responders" (Calandra et al., 2023) utilizan VR/AR para crear simulaciones realistas con fines de entrenamiento en áreas como la toma de decisiones militares y la seguridad contra incendios.

3. Factores humanos y experiencia del usuario en VR/AR (18%):

Este tema se centra en comprender la respuesta humana a las tecnologías VR/AR y optimizar la experiencia del usuario.

• Presencia e inmersión (7%): estudios como "A qualitative case study on deconstructing presence for young adults and older adults" ( Pouke et al., 2022) y "Using interpretative phenomenological analysis to gain a qualitative understanding of presence in virtual reality" (Kelly, 2023) investigan los factores que influyen en la sensación de presencia e inmersión en entornos VR/AR.
• Cibermalestar (6%): investigaciones como "Cybersickness as the virtual reality sickness questionnaire (VRSQ) measures it!?–an environment-specific revision of the VRSQ" ( Josupeit , 2023) y "Predicting VR cybersickness and its impact on visuomotor performance using head rotations and field (in)dependence" ( Maneuvrier et al., 2023) exploran las causas y estrategias de mitigación del cibermalestar
• Usabilidad y Evaluación de Usuario (5%): Estudios como "Development of a customizable interactions questionnaire (CIQ) for evaluating interactions with objects in augmented/virtual reality" (Gao & Boehm-Davis, 2023) y "Effects of virtual reality and test environment on user experience, usability, and mental workload in the evaluation of a blood pressure monitor" ( Hinricher et al., 2023) evalúan la usabilidad y la experiencia del usuario de aplicaciones VR/AR, y desarrollan nuevos métodos de evaluación.

4. VR/AR para la interacción y comunicación social (7%):

Este tema examina el potencial de la VR/AR para facilitar la interacción y comunicación social.

• RV social (4%): investigaciones como "Understanding the effect of a virtual moderator on people’s perception in remote discussion using social VR" (Yang et al., 2023) y The sentiment of a virtual rock concert" (Slater et al. ., 2023) exploran el uso de la realidad virtual para la interacción y comunicación social.
• Personificación del avatar (3%): estudios como "Immersive role-playing with avatars leads to adoption of others’ personalities" (Sakuma et al., 2023) y "Evaluating face gender cues in virtual humans within and beyond the gender binary" (Ghosh et al., 2023) exploran el impacto de la personificación del avatar en la interacción social y la autopercepción.

5. VR/AR para diseño y visualización (7%):

Este tema explora el uso de VR/AR en tareas de diseño y visualización.

• Planificación y Diseño Urbano (4%): Investigaciones como "Public participation in urban design with augmented reality technology based on indicator evaluation" (Wang & Lin, 2023) y "Augmented reality as a participation tool for youth in urban planning processes: Case study in Oslo, Norway" (Reaver, 2023) investiga el uso de VR/AR para visualizar y evaluar conceptos de planificación urbana.
• Diseño y visualización de productos (3%): Estudios como "Digital fabrics for online shopping and fashion design" ( Haghzare et al., 2023) utilizan VR/AR para el diseño y visualización de productos.

Temas de investigación futuros

Aunque estos temas representan una amplia gama de tópicos, XR es un conjunto de tecnologías altamente flexible que se puede utilizar en una variedad de paradigmas de investigación. Existe un amplio potencial para que investigaciones futuras creen nuevas categorías temáticas e impacten otros campos. Por ejemplo, los siguientes temas se pueden encontrar en otras revistas disciplinarias, pero aún no se han integrado sustancialmente en los esfuerzos de investigación de las cuatro revistas principales examinadas en este capítulo.

La investigación sobre el impacto y la eficacia a largo plazo de las aplicaciones VR/AR nos ayudará a comprender sus efectos duraderos en áreas como la terapia y la educación. La integración de la realidad virtual y la realidad aumentada con otras tecnologías, como la inteligencia artificial y el Internet de las cosas, podría generar entornos de aprendizaje y sesiones de terapia más inteligentes y receptivos. Mejorar la accesibilidad y la inclusión es esencial para garantizar que todos, incluidos aquellos con discapacidades, puedan beneficiarse de estas herramientas mediante el desarrollo de interfaces adaptables. Las consideraciones éticas y transculturales son fundamentales a medida que las tecnologías VR/AR llegan a audiencias de todo el mundo, garantizando que respeten la privacidad, la seguridad y las diversas normas culturales. Comprender el impacto económico y la escalabilidad de la realidad virtual y la realidad aumentada puede resaltar su rentabilidad y los desafíos de una implementación amplia, especialmente en entornos con recursos escasos. La integración de VR/AR con campos tradicionales como la arqueología y las ciencias ambientales podría abrir nuevas puertas para el modelado ambiental avanzado (ver Vadal a y Milbrath 2016). Por último, estudiar VR/AR en entornos del mundo real y multiusuario nos mostrará cómo estas tecnologías pueden cambiar la forma en que interactuamos socialmente y operamos en espacios públicos. Al centrar la investigación en estas áreas, podemos mejorar el alcance y la utilidad de la XR, haciendo que estas tecnologías sean más prácticas y beneficiosas en diferentes sectores de la sociedad.

Hardware

La compilación de hardware y software XR utilizado en estudios a partir de 2023 subraya una dependencia significativa de dispositivos disponibles comercialmente diseñados originalmente para juegos y entretenimiento, que se están reutilizando para aplicaciones de investigación académica y clínica. La variedad de hardware empleado abarca varias marcas y modelos, cada uno de los cuales contribuye de forma única al campo de la investigación de XR.

Pantallas montadas en la cabeza (Head Mounted Displays - HMD):

• Microsoft HoloLens 2: Destacado en estudios de Ashitiani et al. (2023) para explorar la comprensión espacial de los tumores cerebrales y por Kildahl -Andersen et al. (2023) para la broncoscopia de realidad mixta, lo que indica su utilidad en la investigación médica.
• Meta Quest 2: utilizado en diversos contextos, como la evaluación de la función motora de las extremidades superiores por Evans et al. (2023), el entrenamiento cognitivo para los síntomas del TDAH por Cunha et al. (2023) y la inmersión multisensorial en la maturaleza en realidad virtual de De Jesus Junior et al. (2023), mostrando su versatilidad.
• HTC Vive Pro y Varjo XR-3: estos dispositivos se emplean para estudios detallados sobre el seguimiento visomotor y la legibilidad del texto en realidad virtual por Baillet et al. (2023) y Kilpelainen y Hakkinen (2023), respectivamente, enfatizando su aplicación en el análisis de habilidades motoras finas y claridad visual.
• HTC Vive : Destacado por su uso en la investigación de la manipulación de objetos virtuales, la estimación de la postura del guante y el reconocimiento de acciones, lo que ilustra la amplitud de la investigación de Bonfert et al. (2023) a Sakurada et al. (2023).
• Oculus Quest y Rift S: estas unidades se utilizan para estudios sobre técnicas de locomoción, el impacto de la caminata física en la selección de objetivos en realidad virtual y los efectos de las sesiones inmersivas sobre el dolor y el afecto, indicando un amplio interés en la experiencia del usuario y las aplicaciones terapéuticas.

Otros dispositivos:

• Dispositivos como controladores de realidad virtual, Vive Trackers, Leap Motion y el sensor Kinect son fundamentales para mejorar la interacción y el movimiento dentro de entornos de realidad virtual, lo que respalda estudios sobre el seguimiento de todo el cuerpo y el reconocimiento de gestos con las manos.
• Dispositivos especializados como VRPMST, Cybercopters , X-Board, conjunto de terapia MoVR , traje PA y Nesplora Aquarium demuestran el desarrollo innovador de herramientas personalizadas para necesidades de investigación específicas, que van desde la evaluación de la memoria hasta la retroalimentación háptica y la evaluación de la atención.

Software

El panorama del software en la investigación de XR es igualmente rico, con un enfoque tanto en motores de juegos comerciales como en aplicaciones personalizadas diseñadas para extender la utilidad de XR más allá de su enfoque inicial de entretenimiento.

Motores de juego:

• Unity y Unreal Engine: ampliamente reconocidos por su papel en el desarrollo de entornos inmersivos en numerosos estudios, estos motores sirven como columna vertebral para una amplia gama de aplicaciones VR/AR/MR, desde herramientas educativas hasta intervenciones terapéuticas.

Otro software:

• Herramientas como Lab Streaming Layer (LSL), SPSS y R son fundamentales para recopilar, sincronizar y analizar datos, lo que garantiza que las metodologías de investigación sean sólidas y los resultados confiables.

Aplicaciones específicas de VR/AR/MR:

• Aplicaciones como Virtual_Decisions : GANGS, EnhanceVR , RealityMedia y la suite de terapia MoVR ilustran el movimiento del sector hacia intervenciones específicas y exploraciones de narrativas espaciales, entrenamiento cognitivo y herramientas terapéuticas dentro del dominio XR.

El análisis del hardware y software de VR/AR mencionado en la literatura reveló varias tendencias y conocimientos notables. Microsoft HoloLens 2 surgió como el dispositivo estándar en aplicaciones de atención médica debido a su capacidad de permitir a los usuarios ver el entorno exterior y su funcionalidad de modo de investigación. Sin embargo, es importante tener en cuenta que Microsoft abandonó recientemente la línea HoloLens, lo que la convierte en un callejón sin salida en términos de futuro desarrollo de software y hardware (nota especial: HoloLens todavía se está desarrollando para usos militares).

El Oculus Quest 2 fue otro dispositivo mencionado con frecuencia, lo cual no sorprende dada su creciente asequibilidad y popularidad entre consumidores e investigadores por igual. El HTC Vive, que alguna vez fue líder en el mercado de realidad virtual, también apareció en muchos estudios, a pesar de la falta de actualizaciones significativas de hardware por parte de HTC en los últimos años. Los auriculares Varjo destacaron por su resolución excepcionalmente alta, ofreciendo una experiencia visual superior en comparación con otros dispositivos. Sin embargo, su alto precio sigue siendo una barrera para su adopción generalizada. Se espera que el Apple Vision Pro lanzado recientemente iguale o casi iguale la resolución de Varjo y al mismo tiempo sea dramáticamente más barato, aunque sigue siendo costoso en comparación con otros auriculares de nivel de consumo.

El seguimiento de todo el cuerpo mediante soluciones basadas en hardware fue otra tendencia notable en la literatura. Teniendo en cuenta las tendencias modernas de desarrollo de software que se centran en la inferencia de software y el uso de pequeñas cámaras de bajo costo, este enfoque eventualmente será reemplazado por la inferencia de seguimiento corporal basada en software, aprovechando cámaras avanzadas, cinemática inversa, inteligencia artificial y técnicas de aprendizaje automático para rastrear e inferir la posición del cuerpo del usuario.

En términos de software, Unity y Unreal Engine siguen siendo las plataformas dominantes para el desarrollo de VR/AR, a pesar de la introducción de más tecnologías WebXR . Se anticipa que Unreal Engine, con su fidelidad de gráficos superior, eventualmente superará a Unity en estudios que requieran entornos fotorrealistas.

Estos hallazgos resaltan la rápida evolución y la naturaleza dinámica del panorama VR/AR, con nuevas soluciones de hardware y software que constantemente emergen y remodelan el campo. Los investigadores y desarrolladores deben estar atentos a estas tendencias para tomar decisiones informadas sobre las herramientas y plataformas que utilizan en su trabajo.

Adopción futura de hardware/software

La descripción general actual del hardware y software XR se basa en los fabricantes de hardware de auriculares establecidos y sus correspondientes paquetes de software que se han utilizado durante los últimos años. En 2024 han surgido nuevos enfoques de hardware y software que ya están remodelando la investigación, especialmente en realidad aumentada (AR) y realidad mixta (MR). Esto es más evidente con el uso de Apple Vision Pro, que es un dispositivo que utiliza AR, MR y VR. Apple Vision Pro, con su combinación de AR y VR, pantallas de alta resolución, seguimiento ocular y reconocimiento de gestos manuales, ahora se utiliza para trabajos neuroquirúrgicos, simulaciones quirúrgicas, asistencia remota y más (Cheng et al. 2024, Olexa et al., 2024). Los futuros desarrollos de hardware prometen más tecnología inalámbrica, pantallas de mayor resolución y auriculares más pequeños. Los dispositivos pequeños como las gafas XReal AR prometen que los auriculares eventualmente serán dispositivos del tamaño de gafas que brindarán usos de investigación más flexibles y fluidos. Las tecnologías que se encuentran en el Varjo-X4, como las pantallas varifocales de súper alta resolución, permiten sistemas de enfoque visual que replican minucias de la visión humana. El PSVR2 de Sony, que se lanzará para PC, proporcionará un sistema inmersivo de retroalimentación háptica, mientras que varias compañías están lanzando trajes "hápticos" asequibles. Las cintas de correr omnidireccionales y tecnologías similares también han madurado lo suficiente recientemente como para brindar la experiencia de "holocubierta" donde los usuarios pueden moverse libremente en un entorno de realidad virtual completo utilizando movimientos naturales y encarnados sin utilizar los incómodos esquemas de movimiento sin joystick y teletransportación con joystick comúnmente utilizados.

En cuanto al software, la RA se está volviendo más importante, con plataformas como ARKit de Apple y ARCore de Google liderando el reconocimiento de objetos y el mapeo ambiental. Es probable que el software futuro se centre en interfaces más intuitivas impulsadas por IA que se adapten al comportamiento del usuario, haciendo que las experiencias XR sean más fluidas. La compatibilidad multiplataforma y la integración de AR/VR con AI, IoT y 5G mejorarán aún más estas experiencias. El estándar web de código abierto para VR, AR y MR conocido como WebXR ha madurado lo suficiente como para proporcionar un rendimiento de renderizado casi comparable al de plataformas no web, al mismo tiempo que ofrece experiencias de un solo clic "sin descarga" (ver Girginova et al., 2024). Varias plataformas sólidas como PlayCanvas y Spline ofrecen paquetes completos para el desarrollo integral de aplicaciones.

Finalmente, emergiendo hacia finales del 2023, la amplia disponibilidad de tecnología de Inteligencia Artificial (IA) fácil de adoptar, pronto tendrá un impacto. El aprendizaje automático, los LLM y los sistemas de codificación visual pronto desempeñarán un papel en la investigación de XR. Los codificadores visuales como OpenAIs GPT4o, que pueden comprender transmisiones de video complejas, sin duda se usarán junto con grabaciones XR de cuencas visuales de usuarios, incluido contenido de realidad mixta o realidad virtual. Ya se anuncia una funcionalidad similar pero más simple y cerrada para su uso en el sistema Meta Quest 3 usando Llama 3.1. Esto abrirá las puertas a la segmentación automática de imágenes de alta precisión, codificación automática de relaciones visuales que anteriormente requerían grandes cantidades de entrenamiento automático y configuración en marcos de aprendizaje automático de componentes como YOLO. La facilidad y flexibilidad de estos sistemas debería estimular nuevas formas de análisis sistemático y automatizado centrándose en las interacciones del usuario en primera persona y al mismo tiempo permitir a los investigadores desarrollar sistemas visuales y de audio XR que puedan adaptar y presentar información y elementos visuales basados en el complejo razonamiento que sistemas como GPT4o puede proporcionar.

Neural Radiance Fields ( NeRF ) y Gaussian Splatting están configuradas para cambiar la representación gráfica de objetos y entornos para la investigación XR. Neural Radiance Fields (NeRF ) utiliza el aprendizaje profundo para generar escenas 3D altamente realistas a partir de unas pocas imágenes. Esto contrasta con el software de fotogrametría tradicional que requiere una importante inversión de tiempo para la captura de fotografías, el refinamiento y el procesamiento del modelo. La tecnología NeRF puede capturar detalles intrincados de entornos del mundo real, permitiendo experiencias virtuales más inmersivas y precisas. Al reconstruir entornos con una precisión notable, los NeRF están superando los límites de lo que es posible en XR, proporcionando simulaciones más realistas para aplicaciones de juegos, capacitación y colaboración remota. Este enfoque acaba de comenzar a utilizarse en una variedad de disciplinas, incluidas la neurociencia, la formación quirúrgica, la ciencia forense y una serie de disciplinas relacionadas con la simulación ( Kolpan et al., 2024).

A veces, combinada con técnicas NeRF, se encuentra la nueva y eficiente técnica de renderizado Gaussian Splatting. Posible gracias a una variedad de avances tecnológicos (algoritmos eficientes, aumentos de memoria y velocidad de GPU, estándares web xr ), el Gaussian Splatting por otro lado, es una técnica que mejora la representación de escenas 3D mediante el uso de una colección de funciones gaussianas para representar superficies y texturas. Este método permite transiciones más suaves y texturas más realistas en modelos 3D, abordando algunas de las limitaciones de la representación tradicional basada en polígonos. La capacidad del Gaussian Splatting para producir resultados visuales de alta calidad con menos gastos computacionales lo hace particularmente valioso para aplicaciones XR, donde el rendimiento y la fidelidad visual son cruciales. Más específicamente, Gaussian Splatting tiene la ventaja sobre las técnicas de renderizado tradicionales cuando se trata de renderizar entornos complejos de una manera realista sin distorsiones comunes y fallas de renderizado asociadas con las técnicas de renderizado de polígonos que han dominado desde la década de 1990.

Juntos, NeRF y Gaussian Splatting están revolucionando la investigación XR al mejorar el realismo y la eficiencia de la creación de contenido 3D. Estas tecnologías permiten a los investigadores y desarrolladores crear entornos virtuales más detallados y precisos, que pueden usarse para una amplia gama de aplicaciones, desde simulaciones de capacitación inmersivas hasta turismo virtual y más. A medida que estas técnicas continúan evolucionando, prometen hacer que las experiencias de XR sean más accesibles, realistas e impactantes que nunca.

Conclusión

Este informe ofrece un análisis detallado del estado actual de las tecnologías de realidad extendida (XR) a través de una revisión de la literatura académica de las principales revistas de investigación de XR analizadas a lo largo del informe. Utilizando tanto el análisis temático tradicional como el aprendizaje automático avanzado, identificamos temas, tendencias y conocimientos clave dentro del panorama de XR. Además, recopilamos las herramientas de hardware y software más mencionadas en estudios recientes.

Nuestro análisis temático, impulsado por una herramienta personalizada "Doc Parser" que utilizó la API LLM OpenAI junto con Google Gemini 1.5, identificó temas importantes en la investigación de XR, incluidas aplicaciones en atención médica y terapia, educación y capacitación, factores humanos y experiencia del usuario, interacción social y comunicación, y diseño y visualización. Los hallazgos muestran que las tecnologías XR tienen un impacto significativo en varios dominios, siendo la atención médica y la terapia los más destacados. Las aplicaciones en esta área incluyen rehabilitación, manejo del dolor, tratamiento de salud mental y formación médica.

El análisis de hardware y software destacó la dependencia de dispositivos disponibles comercialmente reutilizados para la investigación. Los dispositivos notables incluyen Microsoft HoloLens 2, Meta Quest 2, HTC Vive y Varjo XR-3, cada uno de los cuales contribuye a diferentes áreas de investigación de XR. Este capítulo también destaca la introducción de nuevos dispositivos como Apple Vision Pro, que integra AR, MR y VR, lo que promete avances futuros en resolución, tecnología inalámbrica y diseño ergonómico.

Por el lado del software, plataformas como Unity y Unreal Engine continúan dominando el desarrollo de XR, respaldadas por herramientas especializadas para la recopilación y el análisis de datos. Las tecnologías emergentes, como Apple Vision Pro y las gafas AR súper livianas, brindarán nuevas posibilidades tecnológicas a los investigadores, mientras que técnicas de renderizado como Neural Radiance Fields (NeRF) y Gaussian splatting están preparadas para transformar la reconstucción y representación 3D de escenas y objetos al proporcionar métodos de creación de contenidos realistas y eficientes. Estos avances permiten simulaciones más realistas y experiencias inmersivas, superando los límites de la XR.

Este capítulo también identifica direcciones futuras para la investigación, incluida la necesidad de estudios sobre el impacto y la eficacia a largo plazo de las aplicaciones XR, la integración de XR con AI e IoT y el desarrollo de tecnologías más accesibles e inclusivas. Las consideraciones éticas y transculturales, el impacto económico y la escalabilidad también son áreas críticas para la exploración futura. Además, aprovechar campos como la arqueología y las ciencias ambientales podría incluso proporcionar nuevas vías de investigación en temas como el análisis espacial y la percepción humana del medio ambiente.

En conclusión, este informe proporciona una visión general basada en datos del panorama actual de la realidad virtual, destacando las áreas de desarrollo más activas y prometedoras. Sirve como un recurso valioso para investigadores, desarrolladores y partes interesadas que buscan comprender y avanzar en las tecnologías VR/AR. La rápida evolución de XR requiere una atención continua a las tendencias e innovaciones emergentes para informar los esfuerzos futuros de investigación y desarrollo.

Hardware y software XR en estudios a partir de 2023: una lista completa

Según el análisis del texto proporcionado y las respuestas, aquí hay una lista completa del hardware y software XR mencionado en estudios de 2023 o posteriores, junto con citas de los estudios correspondientes:

Hardware:

Pantallas montadas en la cabeza (HMD):

• Microsoft HoloLens 2:
  • Ashitiani et al. (2023): Se utiliza para examinar la comprensión espacial de los tumores cerebrales.
  • Kildahl -Andersen et al. (2023): Utilizado para broncoscopia de realidad mixta.
• Meta misión 2:
  • Evans y cols. (2023): Se utiliza para evaluar la función motora de las extremidades superiores.
  • Cunha et al. (2023): Utilizado para el entrenamiento cognitivo en adultos con síntomas de TDAH.
  • De Jesús Junior et al. (2023): Se utiliza para la inmersión en la naturaleza en realidad virtual multisensorial.
• HTC Vive Pro:
  • Baillet et al. (2023): Se utiliza para estudiar el impacto de las limitaciones de las tareas en el seguimiento visomotor.
  • Kilpelainen & Hakkinen (2023): Se utiliza para medir la legibilidad del texto en realidad virtual.
• Varjo XR-3:
  • Kilpelainen & Hakkinen (2023): Se utiliza para medir la legibilidad del texto en realidad virtual.
  • Lisle et al. (2023): Se utiliza para crear y manipular trazados 3D en realidad mixta.
• HTC Vive :
  • Bonfert et al. (2023): Se utiliza para investigar los desafíos de controlar la rotación de objetos virtuales con guantes de retroalimentación de fuerza.
  • Hsu et al. (2023): Se utiliza para estudiar la estimación de la postura del guante en realidad virtual.
  • Li y col. (2023): Se utiliza para estudiar el reconocimiento de acciones basado en fusión multimodo.
  • Sakurada et al. (2023): Se utiliza para investigar la atribución perceptiva de un miembro robótico virtual.
  • Wenk et al. (2023): Mencionado en el contexto de estudios previos sobre entrenamiento motor en realidad virtual.
• Búsqueda de Oculus:
  • Ganapathi y Sorathia (2023): se utiliza para estudiar técnicas de locomoción basadas en gestos provocadas por el usuario.
  • Lu y col. (2023): Se utiliza para investigar los efectos de la caminata física en la selección de objetivos en realidad virtual.
  • Weser et al. (2023): Mencionado en el contexto de la comparación de técnicas de navegación en realidad virtual.
• Oculus Rift S:
  • Panadero y col. (2023): Se utiliza para examinar la diferencia entre sesiones inmersivas de realidad virtual de 10 y 20 minutos sobre el dolor y el afecto.
  • Kilpelainen & Hakkinen (2023): Se utiliza para medir la legibilidad del texto en realidad virtual.
  • Palmisano et al. (2023): Se utiliza para estudiar las diferencias en la orientación física y virtual de la cabeza.
• Otros HMD:
  • Pico G2 4K: Utilizado por Pedersen & Musaeus (2023) para escenarios de realidad virtual en un estudio sobre regulación emocional.
  • VR-HMDs (Virtual Reality Head-Mounted Displays): Mencionados en diversos estudios sin especificar marca ni modelo.

Otros dispositivos:

• Controladores de realidad virtual: comúnmente utilizados para la interacción en experiencias de realidad virtual en varios estudios.
• Vive Trackers: Empleado para el seguimiento de todo el cuerpo en estudios de Berg et al. y Boban et al.
• Leap Motion: utilizado para el seguimiento manual en estudios de Hsu et al. (2023) y Nguyen et al. (2023)
• Sensor Kinect: utilizado en algunas aplicaciones AR/MR, como por Dong et al. (2023) y Bauer et al (2023).
• Dispositivos especializados:
  • VRPMST (Tarea de detección de memoria prospectiva en realidad virtual): desarrollada por Hogan et al. (2023) para evaluar la memoria prospectiva.
  • Cibercópteros : Introducido por Delcombel et al. (2023) para visualizar comportamientos periódicos en los datos.
  • X-Board: un asistente de AR adaptativo y egocéntrico desarrollado por Zhang et al (2023).
  • Conjunto de terapia MoVR : un conjunto de herramientas terapéuticas de realidad virtual creadas por Stamenkovic et al. (2023).
  • Traje PA: un traje háptico multimodal desarrollado por Kang et al. (2023)
  • Nesplora : una herramienta de evaluación de la atención basada en realidad virtual utilizada por Voinescu et al. (2023)

Software:

Motores de juego:

• Unity: Ampliamente utilizado para desarrollar experiencias de VR/AR/MR en numerosos estudios.
• Unreal Engine: También popular para crear entornos inmersivos, mencionado por varios estudios.

Otro software:

• Lab Streaming Layer (LSL): un marco para recopilar y sincronizar datos multimodales en la investigación de VR/AR, destacado por Wang et al . (2023)

Software de análisis estadístico:

• SPSS: Se utiliza frecuentemente para el análisis de datos en diversos estudios.
• R: También empleado para análisis estadístico y visualización de datos en varios estudios.

Aplicaciones específicas de VR/AR/MR:

• Virtual_Decisions : GANGS: una experiencia de realidad virtual para el entrenamiento de adolescentes en toma de riesgos ( Bilello et al., 2023 ).
• EnhanceVR : una herramienta de seguimiento y entrenamiento cognitivo multisensorial ( Borghetti et al., 2023; Cunha et al., 2023).
• RealityMedia : un banco de pruebas para explorar narrativas espaciales en realidad virtual (Jang et al., 2023).
• Cybercopters Swarm: una herramienta de análisis inmersivo para visualizar datos ( Delcombel et al., 2023).
• Suite de terapia MoVR : incluye varias herramientas terapéuticas de realidad virtual ( Stamenkovic et al., 2023).
• Nesplora : una herramienta de evaluación de la atención basada en realidad virtual ( Voinescu et al., 2023).
• EPELI (Desempeño ejecutivo en la vida cotidiana): una tarea de realidad virtual para evaluar el comportamiento dirigido a objetivos ( Seesjärvi et al., 2023 ).
• X-Board: un asistente de AR adaptativo y egocéntrico ( Zhang et al., 2023).
• Módulo de seguridad contra incendios basado en realidad virtual: utilizado por Katz et al. (2023) con fines formativos.
• Cuestionario de enfermedad de realidad virtual (VRSQ): se utiliza para medir el cibermalestar ( Josupeit , 2023).
• Cuestionario de presencia (PQ): se utiliza para evaluar la presencia en realidad virtual (Palmisano et al., 2023).

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1. Los estudios analizados se centraron principalmente en tecnologías virtuales (VR) o aumentadas (AR). Por lo tanto, son estas dos tecnologías las que comprenden el término general de realidad extendida (XR) en este capítulo. ↑