image: From left to right: Florian Cabot, Sarah Kenderdine, Yves Revaz, Jean-Paul Kneib. view more
Credit: Alain Herzog / EPFL
Imagínese flotando en el espacio, justo sobre la Tierra, con la Estación Espacial Internacional al alcance de sus manos. Gira su cabeza y ve la Luna, un círculo diminuto y distante. Esto es, seguramente, lo que un astronauta vería en una caminata espacial.
Este es el comienzo de un viaje al espacio exterior en un ambiente virtual desarrollado por científicos del EPFL.
Ahora, por primera vez, puede sumergirse en el más completo universo virtual basado en los datos astrofísicos y cosmológicos más recientes, gracias al poderoso software de código abierto desarrollado en el Laboratorio de Astrofísica (LASTRO) del EPFL. El programa llamado VIRUP por sus siglas en inglés Virtual Reality Universe Project o Proyecto Universo de Realidad Virtual está disponible en su versión beta desde hoy.
“Puede navegar a través del mapa más detallado del universo desde la comodidad de su hogar,” explica Jean-Paul Kneib, director de LASTRO. “Es su oportunidad de viajar en el espacio, el tiempo y de descubrir el universo.”
El reto para VIRUP : visualizar terabytes de datos simultáneamente.
Astrónomos y astrofísicos colectan datos de millones de objetos celestes con la ayuda de telescopios acá en la Tierra y en el espacio. Existen ya décadas de datos observacionales y muchos más se esperan de un futuro próximo.
Para obtener representaciones visuales de grandes cantidades de datos, como en una película, la práctica estándar es renderizar secuencias específicas con antelación. ¿Pero y si se desea crear una representación visual en tiempo real, similar a la perspectiva de un observador en un punto arbitrario del espaciotiempo? Esto es lo que el astrofísico Yves Revaz y el ingeniero de software Florian Cabot de LASTRO quisieron hacer con VIRUP. La tarea implica ser capaces de renderizar terabytes de datos en tiempo real y a 90 cuadros por segundo. Esto es necesario para que la experiencia de realidad virtual sea fluida y realmente inmersiva.
“La visualización de datos astrofísicos es mucho más accesible que mostrar gráficos y figuras, ayuda de desarrollar una intuición sobre fenómenos complejos,” explica Revaz. “VIRUP es precisamente una manera de hacer que todos nuestros datos astrofísicos sean accesibles para todos, lo que será cada vez mas importante, a medida que se construyen telescopios más y más grandes como el Square Kilometer Array, que generará inmensas cantidades de datos.”
Datos astrofísicos, cosmológicos y simulaciones
A la fecha, VIRUP ya es capaz de visualizar datos de 8 repositorios unidos. La Sloan Digital Sky Survey contiene más de 50 millones de galaxias y más de 300 millones de objetos en general. Los datos de Gaia contienen mas de 1500 millones de fuentes de luz en la Vía Láctea. La misión Planck consiste en un satélite que mide la primera luz del universo tras el Big Bang, denominada Radiación Cósmica de Fondo (CMB por sus siglas en inglés). Adicionalmente, se encuentra el Open Exoplanet Catalog, que agrega varias fuentes de datos sobre exoplanetas. Otras fuentes de datos incluyen un repertorio de al rededor de 3000 satélites en órbita terrestre, además de texturas para representar los objetos.
VIRUP genera también sets de datos contemporáneos y robustas simulaciones científicas. Es posible contemplar la futura colisión de nuestra Vía Láctea con Andrómeda, la galaxia vecina también conocida como M31. Además se pueden observar porciones enormes de la red cósmica, estructuras filamentarias a gran escala que se extienden a través del universo, y su formación a lo largo de miles de millones de años. Esto, gracias a las simulaciones tomadas de IllustrisTNG, que contienen 30 mil millones de partículas. Uno de los retos más grandes es asegurarse que haya una transición fluida entre los diferentes sets de datos.
“Consideramos utilizar motores de gráficos existentes para visualizar los datos, pero a fin de cuentas debí desarrollar uno específicamente para este proyecto. Es flexible, es posible agregar datos a medida que estos se hacen disponibles y está diseñado a medida para la astronomía,” explica Florian Cabot. Para esta primera versión de VIRUP, hice énfasis en la visualización de datos estadísticos. La interacción con ellos es aún un poco rústica. Por ejemplo, aún no es posible ver las simulaciones en tiempo real.”
Por supuesto, posible navegar únicamente a través de los datos que han sido importados en VIRUP. Por ejemplo, se pueden visitar 4500 exoplanetas descubiertos al día de hoy, pero su apariencia es una interpretación artística derivada de las observaciones. Adicionalmente, es posible recorrer a través de las cerca de 50 millones de galaxias observadas por la Sloan Digital Sky Survey. No obstante, los datos reales dan una resolución limitada, lo que limita la cantidad de detalles de las representaciones virtuales. Dicho esto, la cantidad de datos que se pueden explorar con VIRUP es enorme. Las próximas etapas incluirán bases de datos de objetos en el sistema solar como asteroides y varios objetos galácticos como nebulosas y púlsares.
Un ambiente virtual flexible e inmersivo
Para una experiencia totalmente inmersiva, en 3D y a 360 grados, será necesario el uso de un casco de realidad virtual, de un ordenador para ejecutar el motor de VIRUP y de terabytes de espacio para guardar los datos astrofísicos y cosmológicos.
VIRUP también puede generar universos virtuales en otros ambientes, como un domo para sitios físicos como los planetarios, CAVE y half-CAVE. Desde la experiencia más personal y solitaria de los cascos de realidad virtual hasta la colectiva y teatral de los domos, la transición es posible gracias a una colaboración entre LASTRO y el Laboratorio de Museología Experimental del EPFL (eM+), financiado por un fondo semilla del EPFL para beneficiar proyectos interdisciplinarios.
“Con este sistema inmersivo, será posible encarnar los datos, lo que afecta profundamente la manera en la que son percibidos,” comenta Sarah Kenderdine, artista y directora de eM+.
Un viaje a través del universo - cortometraje
Junto con la publicación de VIRUP, se publicará el cortometraje titulado Archaeology of Light, que muestra un recorrido a través del universo virtual.
Desde la Tierra se emprende un viaje de 20 minutos a través de las diversas escalas del Universo, desde el sistema solar y la Vía Láctea hasta la red cósmica y la luz reliquia del Big Bang.
Si se encuentra impaciente por ver el cortometraje, puede encontrarlo en YouTube en versiones 2D, 360° y estéreo 180°. No obstante, si posee un ambiente de realidad virtual, podrá comenzar su viaje virtual sumergiéndose en Archaeology of Light.
Para vivir la experiencia en un domo, sera necesario esperar hasta la próxima exposición del EPFL, Cosmos Archaeology: Explorations in Space and Time, que abrirá el 21 de abril de 2022 en los pabellones del EPFL. Este espectáculo se muestra actualmente en el domo Synra del Museo de la Ciencia en Tokyo, gracias al apoyo de la Embajada de Suiza en Tokyo. VIRUP sera presentado este mes en Dubai, en el marco del EPFL’s Virtual Space Tour.