3.Realt%E0_Virtuale

8/2/2019 3.Realt%E0_Virtuale

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Realt Virtuale Prof. Maurizio Muzzupappa

Realt Virtuale

1. INTRODUZIONE

Il termine Realt Virtuale d limpressione di racchiudere in s una contraddizione immediatalegata allaccostamento di due termini che apparentemente sembrano incompatibili e antitetici. Quelche invece si vuole intendere che la Realt Virtuale rappresenta la simulazione al computer di unambiente in cui gli oggetti e i fenomeni, pur non avendo una consistenza fisica, vengono presentatiin maniera tale da sembrare reali. La Realt Virtuale pone dunque uno o pi utenti allinterno di unambiente simulato, creato e gestito dinamicamente dal computer, con il quale gli utenti possonointeragire attraverso appositi dispositivi, ricavandone lillusione di un movimento e di unaimmersione spaziale effettiva. Infatti, in questi ambienti virtuali lutente pu incontrare lesimulazioni tridimensionali di oggetti anche molto complessi come televisioni, monitor, automobilie la rappresentazione virtuale di se stessi e di altri utenti anche fisicamente distanti. In sostanza, gliambienti virtuali possono costituire una esperienza condivisa, in cui i soggetti attivi siano molti e, in

molti casi, siano capaci di interagire e comunicare. anche possibile far corrispondere le azionieseguite dagli utenti negli ambienti virtuali ad azioni reali svolte da macchinari che operano nelmondo fisico, come avviene in alcune applicazioni di telemedicina o di controllo a distanza diapparecchiature robotizzate.Laccezione del termine Realt Virtuale dunque molto ampia e identifica una vasta gamma disimulazioni di vario genere in cui lutente pu essere completamente isolato dal mondo reale(Immersive Virtual Reality - IVR) oppure pu percepire contemporaneamente elementi reali evirtuali (Augmented Reality AR). Si effettuer una distinzione fra VR e AR ma, in effetti, i confinifra queste due discipline, essendo in continuo sviluppo, non sono poi cos netti come potrebbesembrare, tant che taluni sistemi vengono definiti diAugmented Virtual Reality.

Rendering intempo reale

VirtualReality

DefinizioneDefinizione didi RealtRealt VirtualeVirtuale

InterazioneIntuitiva

VirtualReality


PresentazioniFotorealistica



VirtualReality



Dispositivi di I/OVirtualReality





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http://pnm/www.mediamente.rai.it/mediamentetv/learning/ed_multimediale/lezioni/filmati/05_02.rahttp://pnm/www.mediamente.rai.it/mediamentetv/learning/ed_multimediale/lezioni/filmati/05_02.rahttp://pnm/www.mediamente.rai.it/mediamentetv/learning/ed_multimediale/lezioni/filmati/05_02.rahttp://pnm/www.mediamente.rai.it/mediamentetv/learning/ed_multimediale/lezioni/filmati/05_02.rahttp://pnm/www.mediamente.rai.it/mediamentetv/learning/ed_multimediale/lezioni/filmati/05_02.rahttp://pnm/www.mediamente.rai.it/mediamentetv/learning/ed_multimediale/lezioni/filmati/05_02.rahttp://pnm/www.mediamente.rai.it/mediamentetv/learning/ed_multimediale/lezioni/filmati/05_02.rahttp://pnm/www.mediamente.rai.it/mediamentetv/learning/ed_multimediale/lezioni/filmati/05_02.rahttp://pnm/www.mediamente.rai.it/mediamentetv/learning/ed_multimediale/lezioni/filmati/05_02.rahttp://pnm/www.mediamente.rai.it/mediamentetv/learning/ed_multimediale/lezioni/filmati/05_02.rahttp://pnm/www.mediamente.rai.it/mediamentetv/learning/ed_multimediale/lezioni/filmati/05_02.rahttp://pnm/www.mediamente.rai.it/mediamentetv/learning/ed_multimediale/lezioni/filmati/05_02.rahttp://pnm/www.mediamente.rai.it/mediamentetv/learning/ed_multimediale/lezioni/filmati/05_02.rahttp://pnm/www.mediamente.rai.it/mediamentetv/learning/ed_multimediale/lezioni/filmati/05_02.rahttp://pnm/www.mediamente.rai.it/mediamentetv/learning/ed_multimediale/lezioni/filmati/05_02.rahttp://pnm/www.mediamente.rai.it/mediamentetv/learning/ed_multimediale/lezioni/filmati/05_02.rahttp://pnm/www.mediamente.rai.it/mediamentetv/learning/ed_multimediale/lezioni/filmati/05_02.rahttp://pnm/www.mediamente.rai.it/mediamentetv/learning/ed_multimediale/lezioni/filmati/05_02.rahttp://pnm/www.mediamente.rai.it/mediamentetv/learning/ed_multimediale/lezioni/filmati/05_02.rahttp://pnm/www.mediamente.rai.it/mediamentetv/learning/ed_multimediale/lezioni/filmati/05_02.rahttp://pnm/www.mediamente.rai.it/mediamentetv/learning/ed_multimediale/lezioni/filmati/05_02.rahttp://pnm/www.mediamente.rai.it/mediamentetv/learning/ed_multimediale/lezioni/filmati/05_02.rahttp://pnm/www.mediamente.rai.it/mediamentetv/learning/ed_multimediale/lezioni/filmati/05_02.rahttp://pnm/www.mediamente.rai.it/mediamentetv/learning/ed_multimediale/lezioni/filmati/05_02.rahttp://pnm/www.mediamente.rai.it/mediamentetv/learning/ed_multimediale/lezioni/filmati/05_02.rahttp://pnm/www.mediamente.rai.it/mediamentetv/learning/ed_multimediale/lezioni/filmati/05_02.rahttp://pnm/www.mediamente.rai.it/mediamentetv/learning/ed_multimediale/lezioni/filmati/05_02.rahttp://pnm/www.mediamente.rai.it/mediamentetv/learning/ed_multimediale/lezioni/filmati/05_02.rahttp://pnm/www.mediamente.rai.it/mediamentetv/learning/ed_multimediale/lezioni/filmati/05_02.rahttp://pnm/www.mediamente.rai.it/mediamentetv/learning/ed_multimediale/lezioni/filmati/05_02.ra


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VirtualReality

Input/Output Multi-Modali

(audio, tatto, ...)


Dispositivi di I/O




VisualizzazioneSTEROSCOPICA

VirtualReality


Input/Output Multi-Modali

(audio, tatto, ...)

Dispositivi di I/O




2. I SISTEMI DI REALT VIRTUALE

Il termine Virtual Reality fu coniato nel 1989 da Jaron Lanier, riconosciuto unanimemente comeuno dei padri della VR. Lanier nel 1984 fond la VPL Inc. (Virtual Programming Language) che stata una delle primissime societ ad occuparsi di Realt Virtuale, producendo i primi dispositividedicati, che erano un casco per la visione stereoscopica Eyephone, i guanti Dataglove e la tuta

Datasuit. Per molti anni la ricerca si mossa nel tentativo di individuare quali fossero i miglioristrumenti in grado di fornire allutente la sensazione di immersione nel mondo virtuale.Inizialmente non si sapeva bene quali possibili utilizzi potessero avere queste nuove tecnologie, masi intu fin da subito che le potenzialit della VR erano enormi. Linteresse per i dispositivi inventatida Lanier era talmente elevato che attir gli investimenti di partner eccellenti come la Matsushita,ma probabilmente i tempi non erano ancora maturi per poter avere dei risultati concreti chegarantissero una adeguata remunerazione degli investimenti. La VPL ebbe, infatti, ingenti perdite

economiche e fu assorbita dalla Thomson. Leccitazione generata dalle futuristiche promesse dellaVR, probabilmente, aveva fatto dimenticare che una tecnologia cos innovativa richiede un rodaggioe uno sviluppo che pu durare anni. Di fatti dal 1984, anno di fondazione della VPL, ad oggi losviluppo della VR stato portato avanti grazie ad un notevole numero di ricerche condotte dalleUniversit, dalla NASA, dallUS-Army, dalle multinazionali dellautomobile e dellaeronautica.Ovviamente solo le grandi organizzazioni potevano sostenere i costi di una ricerca che richiedevaingenti investimenti senza la prospettiva immediata di un ritorno economico. Gli sforzi compiutidalla ricerca scientifica, congiuntamente allaccresciuta potenza dei calcolatori, hanno permesso allaVR di non essere pi soltanto un argomento per ricerche di frontiera, ma hanno prospettato tutta unaserie di applicazioni concrete in cui linvestimento iniziale ha buone possibilit di essereadeguatamente remunerato entro un tempo ragionevole. Una volta raggiunta la convenienza

economica per lo sviluppo dei sistemi VR, linteresse per questi sistemi cresciuto in manieraesponenziale e il numero di soggetti coinvolti aumentato di conseguenza. Attualmente, infatti,esistono numerose aziende di varie dimensioni che operano nel campo della VR producendo e/ocommercializzando i dispositivi hardware, il software e sviluppando le applicazioni e i sistemi pergli utenti finali.In linea del tutto generale linteresse economico nei confronti della VR motivato dalla possibilitdi effettuare delle simulazioni. Nellambito della progettazione, ad esempio, le prospettive diutilizzo della VR sono legate alla possibilit di disporre di un prototipo virtuale modificabile intempo reale. Anche nelladdestramento del personale medico o di quello militare si sono ottenutidei risultati significativi. Un esempio tipico quello dei simulatori di volo, in tali applicazioni laVR offre la possibilit di addestrare i piloti, riducendo a zero ogni possibile rischio e abbattendo

notevolmente i costi.La costruzione della Realt Virtuale richiede che sia definito un paradigma di interazione chespecifichi in che modo e attraverso quali dispositivi lutente pu interagire con lambiente simulato.

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I dispositivi di input e di output, insieme al software che li gestisce, rappresentano linterfaccia fralutente e lambiente virtuale. A seconda delle applicazioni, si pu desiderare che lutente siaimmerso nellambiente virtuale in maniera completa o parziale, che abbia o meno la possibilit diinteragire con gli oggetti virtuali, che veda la sua proiezione nella scena virtuale oppure usufruiscadi una prospettiva in prima persona, etc. Esistono insomma tutta una serie di parametri che

determinano linterfaccia fra lutente e lambiente virtuale. Tali parametri rappresentano le scelteprogettuali nello sviluppo del sistema VR e debbono essere attentamente calibrati a seconda delcontesto applicativo in cui il sistema deve operare.

Tipologie di RealtTipologie di Realt VirtualeVirtuale

VR Semi-Immersiva.

Proietta il mondo virtuale su di un display pi o meno

grande, senza isolare lutente dallambiente.

VR Immersiva. Mira

allimmersione totaledellutente nel mondo

virtuale mediante

periferiche speciali (come

caschi e guanti), che isolanolutente dallambiente

circostante.

Tipologie di RealtTipologie di Realt VirtualeVirtuale

Una dellecaratteristiche

fondamentali dei

sistemi di RV lavisualizzazione dellescene in

STEREOSCOPIA

La Visione StereoscopicaLa Visione Stereoscopica PerchPerch vediamovediamo in 3Din 3D

Locchio umano formato da

diverse parti, linsieme delle quali

pu essere paragonato, per

funzionalit, alle componenti di

una macchina fotografica. Lapupilla mette a fuoco limmagine.Questa, passando attraverso il

cristallino, viene proiettata sulla

retina.

Il cervello fondendo le

due percezioni visiveprovenienti dagli occhi in

ununica immagine

genera la sensazione di

profondit

PerchPerch vediamovediamo in 3Din 3D

Limmagine viene trasferita al cervello

attraverso il nervo ottico.

Essendo i due occhi distanziati di circa

8-9 cm, limmagine prodottadallocchio sinistro risulta leggermente

sfalsata rispetto a quella prodotta

dallocchio destro. Quando il cervellodeve ricomporre limmagine originale

partendo da quelle prodotte dai dueocchi in grado di dare profondit agli

oggetti.


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Su questo principio si basano i

meccanismi per la visione

stereoscopica che, nati nellaprima met dellottocento, si

sono evoluti fino a diventare una

delle tecnologie pi diffuse perla VISIONE

TRIDIMENSIONALE.

Macchina fotografica stereoscopicaVerascope del 1894.

Il visore per stereofotografie di

Maegher del 1861.


Attualmente sono disponibili numerosi

sistemi per presentare ad ogni occhio la

propria visuale.Tutte si basano su due metodi:

Stereoscopia Attiva e PassivaStereoscopia Attiva e Passiva

VR SemiVR Semi--ImmersivaImmersiva

Consentono di avere la visione stereoscopica sullo

schermo del computer grazie alla visualizzazionecontemporanea di due immagini, una per occhio. Gli

occhiali impiegano lenti a cristalli liquidi e le immaginivengono mostrate in sequenza sullo schermo alternando

i frame dellocchio destro con quelli dellocchio

sinistro

Stereoscopia attivaStereoscopia attiva

Il monitor o il proiettore visualizza due differenti

immagini, una per ogni occhio, mentre gli occhialiprovvedono ad oscurare un occhio per volta


Quando il monitor o il proiettore visualizza il fotogramma

per locchio destro, la lente sinistra degli occhiali vieneoscurata impedendo allocchio sinistro la visione

dellimmagine che non gli compete


Questo processo per poter funzionare senza creare

disturbi deve lavorare ad una frequenza almeno

pari a 60 Hz per ogni occhio


Quindi le lenti saranno oscurate ognuna con una

frequenza di 60 Hz mentre il monitor o il

proiettore avr una frequenza doppia (120 Hz)

proiettando alternativamente le due immagini


Shutter glasses


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Fa uso di occhialini dotati di lenti polarizzate, molto pi

economici e confortevoli degli Shutter Glasses, abbinatia due videoproiettori che inviano sullo schermo due

immagini diverse, una per ogni occhio

Stereoscopia passivaStereoscopia passiva

Sullo schermo vengono proiettate

contemporaneamente le due immaginiper locchio destro e per locchio sinistro


I fasci di luce emessi dai due proiettori prima di

raggiungere lo schermo vengono polarizzati inmaniera differente per mezzo di due filtri posti di

fronte ai due proiettori


Unonda polarizzata linearmente se la sua direzione

di polarizzazione rimane costante nel tempo

Lestremo del vettore campo elettrico, in un dato punto,

descrive nel tempo un segmento

La POLARIZZAZIONE indica la direzione lungo la

quale il campo elettrico oscilla durante la propagazionedi unonda


Qual la funzione dei filtri e degli occhiali?

Una volta create le due immagini bisogna

fare in modo che ciascun occhio veda

esclusivamente limmagine che gli

compete

Per attuare ci si sfrutta la

polarizzazione della luce per mezzodei filtri polarizzatori


Un filtro a polarizzazione lineare una lamina dimateriale plastico in grado di trasmettere solo la

componente del campo elettrico parallela a unaparticolare direzione, chiamata direzione di

polarizzazione del filtro o asse del filtro


Se si montano due filtri polarizzatori ruotati di 90 gradiluno rispetto allaltro sulle lenti dei proiettori, allora i

due risultanti fasci luminosi risultano composti da luceche oscilla su due piani perpendicolari, uno orizzontale e

laltro verticale


Cos indossare un paio docchiali con lenti polarizzate

ruotate di 90 luna rispetto allaltra consente a ciascunocchio di ricevere solo limmagine corrispondente,

creando la percezione di profondit


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Problema!

Se un osservatore inclina la testa si

avr un cambiamento nella

polarizzazione degli occhiali, che non

corrisponder pi con la polarizzazione

dei filtri montati sui proiettori, e lospettatore perder leffetto stereo


Unonda polarizzata circolarmente se il campo elettrico

ruota con velocit angolare costante intorno alla direzionedi propagazione, mantenendo il modulo costante

In questo caso lestremo del vettore campo elettrico, in undato punto, descrive nel tempo una circonferenza


Si distingue tra polarizzazione circolaredestrorsa o sinistrorsa a seconda che

lestremo del vettore campo elettrico,

visto da un osservatore verso cui si

propaga londa, descriva nel tempo una

circonferenza in senso orario o antiorario


Questi filtri a polarizzazione circolare vengono

posizionati in modo che la luce uscente da unproiettore subir una polarizzazione circolare

destrorsa, mentre quella uscente dallaltro proiettoreuna polarizzazione circolare sinistrorsa


Con la polarizzazione circolare, lo spettatore puinclinare la sua testa e cambiare il suo angolo diispezione rispetto allo schermo senza perdere leffetto

stereoscopico, perch la luce non polarizzata in una

singola direzione


Quindi ogni occhio percepisce unimmagine

diversa da quella percepita dallaltro,

ottenendo la visione stereoscopica


Silver Screen Da-Lite

150x170 cm

Occhiali in plastica con lenti

a polarizzazione circolare

VideoproiettoriLCD NEC VT 460K

Filtri a polarizzazione circolare

Stereoscopia passivaStereoscopia passivaLo schermo rivestito di materiale metallico in

modo da mantenere la polarizzazione della luce


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Allineamento delle due immagini

Affinch il sistema funzioni correttamente, le immaginiprovenienti dai due proiettori devono combaciare sullo

schermo

Esistono diversi approcci a questo problema


Lapproccio pi semplice consiste nel posizionare i

proiettori uno sopra laltro paralleli tra loro


Questa configurazione richiede per che i proiettori siano

dotati della funzione Vertical Shift Lens

Questa funzione permette di spostare unimmagine pur

tenendo fermi i proiettori senza influire sulla qualit

dellimmagine


Se i proiettori non sono dotati di questa funzione, per

far coincidere le immagini necessario inclinare uno

dei due proiettori. Questo genera per una

deformazione dellimmagine.


Per rimediare a questo errore viene sfruttata la funzioneDigital Keystone Correction, di cui la maggior parte deiproiettori LCD e DLP attualmente in commercio sono

dotati


2.1 LINTERFACCIA UOMO-MACCHINA NEI SISTEMI DI REALT VIRTUALE

Nel senso pi generale del termine un interfaccia qualunque strumento che aiuti luomo ainteragire col mondo esterno, possibilmente nella maniera pi adatta alla sua conformazione fisica esensoriale. Le posate possono essere considerante come linterfaccia con il cibo, la plancia comelinterfaccia con lautomobile e cos via.In ambito informatico occorre distinguere fra interfacce hardware (tastiera, mouse, monitor, etc.),che rappresentano per cos dire la superficie fisica di contatto fra i sensi delluomo e la macchina,e le interfacce software che sono il modo in cui un programma si presenta allutente attraverso, adesempio, luso di finestre, pulsanti, menu, icone, etc.. Queste due tipologie di interfaccia sonostrettamente correlate ed chiaro che prese singolarmente non hanno alcun senso. Lo sviluppodellinterfaccia fra luomo e il computer stato da sempre un punto cruciale per la diffusione delletecnologie informatiche su larga scala. Si pensi ad esempio alle difficolt che si riscontravano nel

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lavorare con le schede perforate, allora fu gi un grande progresso riuscire ad introdurre luso dellatastiera e del monitor. Lo sviluppo di quel tipo di interfaccia hardware richiese, dal punto di vistasoftware, lintroduzione della cosiddetta interfaccia a caratteri, di cui il sistema operativo DOS un valido e ben conosciuto esempio. Lulteriore passo avanti sono state le GUI, (Graphical UserInterface) che hanno rappresentato un cambiamento significativo nellevoluzione delle interfacce

informatiche. La cosiddetta metafora WIMP (Windows Icon Menu Pointer) utilizzata nei sistemioperativi come Windows, traspone sullo schermo lidea della scrivania su cui possono essereutilizzati degli strumenti di lavoro (documenti e programmi), rappresentati dalle icone. In tal modo,lo schermo diviene uno spazio di lavoro virtuale, allinterno del quale lutente interagisce attraversouna sorta di alter ego elettronico: ilpuntatore del mouse.Ma lo sviluppo di nuovi metodi di interfaccia uomo-macchina non si ancora arrestato. Due delletecnologie pi promettenti e affascinanti sono il riconoscimento vocale (la capacit da parte delcomputer di interpretare i comandi impartiti a voce dallutente) e il parsing linguistico(riconoscimento delle frasi del linguaggio naturale).Unulteriore filone della ricerca invece indirizzato verso lo sviluppo di una nuova tipologia diinterfacce basate sugli spazi tridimensionali, nei quali lutente possa muoversi, attraverso un nuovo

tipo di alter-ego informatico, in una maniera molto prossima a quella che la naturale gestualitdelluomo. In questo ambito la Realt Virtuale pu fornire agli utilizzatori dei sistemi informaticiun nuovo tipo di interfaccia che fornisca allutente la percezione tridimensionale di un ambientevirtuale e, tramite linterazione con esso, consenta di utilizzare le potenzialit offerte dal sistema. Sipensi ad esempio ad una estensione tridimensionale del desktop di Windows: invece della solascrivania lambiente di lavoro potrebbe assumere laspetto di una stanza in cui i file, rappresentaticome oggetti 3D, possano essere disposti nei cassetti o sugli scaffali di una libreria.Per quanto riguarda i sistemi di VR c da dire che, trattandosi di applicazioni user-centered,linterfaccia utente rappresenta una componente fondamentale. Nel secondo capitolo verr fornitauna panoramica dellhardware e del software disponibile e sar chiaro come le possibili scelteimplementative siano varie e diversificate. Senza scendere nel dettaglio dellimplementazione deisistemi, ci sono comunque una serie di riflessioni di carattere generale che possono rappresentare lelinee guida per lo sviluppo dei sistemi VR.Lillusione di trovarsi in un ambiente virtuale prodotta dalla capacit del programma di adattarerapidamente, ai movimenti e alle azioni dellutente, i punti di vista e le geometrie allinternodellambiente simulato, producendo, in tal modo, unesperienza sensoriale vicina a quella chelutente stesso incontrerebbe se lambiente simulato fosse invece reale. Affinch lillusione diimmersione nellambiente virtuale possa dirsi completa, inoltre, lutente non dovrebbe soloosservare il mondo simulato e percepirlo come unalternativa credibile e coerente a quello reale:dovrebbero essere ingannati anche gli altri sensi, e in particolare il tatto, un senso fondamentalenella percezione spaziale del mondo esterno. Anche se tutti questi requisiti sono stati oggetto di

studi ed esperimenti dai risultati spesso sorprendenti, al momento non si dispone di realizzazionicos complete e raffinate da produrre un vero inganno dei sensi. Non si sa neanche con certezzaquali siano gli strumenti migliori per avvicinarvisi. Di fatti quando si parla di Realt Virtuale ci siriferisce sempre ad approssimazioni che possono essere pi o meno buone se comparate fra loro, mache sono ancora lontanissime dalla ricchezza sensoriale dellesperienza reale.Tuttavia non sempre utile immergere in maniera completa lutente allinterno del mondo virtuale.La percezione dellambiente virtuale deve avvenire nella maniera pi consona alle esigenzedellapplicazione. Se il contesto lo suggerisce si pu anche utilizzare un comune monitor oppure sipu adottare la visualizzazione tridimensionale scegliendo fino a che punto lutente debba essereisolato dal mondo reale per creare la sensazione di immersione totale. In unapplicazione industrialepotrebbe essere controproducente isolare completamente lutente. Se si pensa che negli usi

professionali un operatore deve poter utilizzare il sistema per diverse ore di seguito, facileimmaginare i disagi che comporterebbe allutente lessere isolato per lunghi periodi dal mondo

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reale. Esperimenti in tal senso hanno mostrato la frequente comparsa di disturbi come la nausea e ilmal di testa.Il modo in cui lutente pu interagire con lambiente virtuale rappresenta un aspetto moltoimportante per la definizione dellinterfaccia utente nei sistemi VR. Se il compito del sistema , adesempio, quello di mostrare la ricostruzione dellantica Pompei, sar sufficiente che lutente abbia

la possibilit di muoversi liberamente nellambiente simulato. Nelle applicazioni di progettazioneassistita dalla Realt Virtuale, invece, le possibilit dinterazione con gli oggetti dellambientevirtuale devono essere ben diverse. In questi casi lutente deve poter modellare delle formeutilizzando uninterfaccia ben definita. Un compito di questo genere impone la definizione delcosiddetto paradigma dinterazione, occorre cio specificare attraverso quali azioni lutente puinteragire con il sistema. Il paradigma dinterazione definisce, quindi, quali dispositivi di input e dioutput costituiscono linterfaccia hardware e soprattutto come lutente deve utilizzare questidispositivi. Ritornando per un attimo al discorso sullinterfaccia dei sistemi operativi basati sullametafora WIMP, si pu affermare che il paradigma dinterazione per tali sistemi prevede tutte leazioni consentite allutente come, ad esempio, il trascinamento delle icone, le operazioni di copia eincolla, lapertura di un file o di una cartella, etc. Anche le metafore su cui si basano questi sistemi

operativi fa parte del loro paradigma di interazione.La definizione del paradigma di interazione per applicazioni di VR di una certa complessit nonrichiede soltanto abilit ingegneristiche, ma presuppone una buona conoscenza dellapparatosensoriale umano, delle sue caratteristiche, e dei meccanismi psicologici della percezione. Del restonon un caso che molte delle ricerche nel campo della Realt Virtuale avvengano in quipe in cuilavorano insieme non solo grafici e programmatori, ma anche psicologi.

2.2 LE APPLICAZIONI DELLA REALT VIRTUALE

Normalmente si pensa alla Realt Virtuale come ad un argomento per ricerche di frontiera, ma ci vero solo in parte. innegabile che si conducano un gran numero di ambiziose ricerche dalcarattere puramente sperimentale, ma anche vero che esistono diversi ambiti in cui la RealtVirtuale offre, gi da diversi anni, un contributo concreto che, in alcuni casi, diventatoinsostituibile. Il caso pi evidente in tal senso senzaltro quello delle simulazioni militari, ambitoin cui le Forze Armate Statunitensi e la NASA sono impegnate da anni. Lelevato costo perladdestramento tradizionale dei piloti ha giustificato ingenti stanziamenti per lo sviluppo deisimulatori di volo che, nel corso di un decennio, sono diventati estremamente sofisticati fornendo,non solo uneccellente riproduzione visiva dello scenario, ma anche la possibilit di replicare leaccelerazioni a cui sottoposto il pilota. Attualmente non solo i simulatori di volo, ma anche quellidi carro armato, navali e persino per la fanteria sono a disposizione delle forze armate USA, ed interessante notare come tutti questi simulatori possano prendere parte ad una stessa battaglia

virtuale, offrendo ai militari la possibilit di interagire virtualmente e colloquiare via radioesattamente come nelle battaglie reali.Un altro ambito che ha dato grandi spunti alla ricerca sulla VR quello videoludico. La crescitavertiginosa del mercato dei videogiochi negli ultimi anni ha spinto una grande quantit di risorseverso le ricerche nella computer graphics. Pur essendo concepiti per essere utilizzati su normalicomputer, i videogiochi cosiddetti in prima persona offrono molte delle caratteristiche chepocanzi sono state citate nella definizione di Realt Virtuale. Lo standard attuale per linterfacciadi questo tipo di giochi prevede, infatti, che il giocatore possa muovere il suo punto di vistamediante il mouse godendo della piena libert di movimento, con i tasti cursore pu muoversi nellascena e con lausilio di altri tasti pu compiere una serie di azioni come saltare, prendere gli oggetti,sparare, etc.. Anche in questo ambito si implementata la possibilit per pi utenti (anche collegati

via internet) di condividere lo stesso mondo virtuale secondo quello che ormai viene definitocomunemente come il multiplayer.

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Un genere completamente differente di applicazioni riguarda lambito medico. Notevole interesseriveste la possibilit di simulare gli interventi chirurgici per laddestramento o la pianificazionedelle operazioni. Ovviamente in questo genere di applicazioni si avverte la mancanza di unfeedback tattile realistico, ma in alcune specifiche operazioni, come lendoscopia, stato possibilerealizzare delle speciali apparecchiature che riproducono in maniera molto fedele le sensazioni di

resistenza che il chirurgo avverte nel manipolare le due pinze necessarie.Anche la Neuropsicologia si avvicinata alla Realt Virtuale al fine di ricreare particolari ambientie situazioni da sottoporre al paziente in alcuni tipi di ricerche e nella riabilitazione neurocognitiva.Rispetto alla normale conduzione degli esperimenti si ha il vantaggio di poter controllare confacilit le condizioni ambientali (luci, aspetto delle superfici, complessit della scena, etc.)registrare ed elaborare le azioni del paziente ed eliminare alcune tipologie di rischi che si verificanonegli esperimenti tradizionali. Daltro canto si anche registrato un minore coinvolgimento deicanali percettivi.In ambito industriale la gamma di applicazioni della Realt Virtuale molto vasta e coinvolgelintero ciclo di vita del prodotto. Si va dallutilizzo nella progettazione logistica delle linee diproduzione e degli impianti industriali, fino al supporto nel marketing, passando ovviamente

attraverso la progettazione, la prototipazione e lassemblaggio.Nella progettazione delle linee di produzione, e in molte altre problematiche di tipo logistico, laRealt Virtuale interviene consentendo lesplorazione delle strutture per verificare importanti fattoricome lo spazio a disposizione, l'accessibilit dei comandi e delle parti soggette a manutenzione, laconnettibilit delle stazioni di assemblaggio e dei macchinari.Nel processo di progettazione la Realt Virtuale si sta facendo strada un po per volta, ma ha gidimostrato le enormi potenzialit che mette a disposizione dellingegneria. Nella fase direalizzazione dei modelli tridimensionali, come si vedr pi approfonditamente in seguito, la RealtVirtuale offra la possibilit di concepire un nuovo tipo di interfaccia per il disegno assistito dalcalcolatore.Anche lo studio dellergonomia un settore che ha beneficiato in maniera notevole della RealtVirtuale. Grazie allo sviluppo di modelli umani molto precisi, come il RAMSIS, possibileeffettuare una vasta gamma di verifiche, ad esempio sullergonomia degli abitacoli nelle automobili,oppure sullaccessibilit delle componenti del motore.Il marketing si avvalso della Realt Virtuale soprattutto per la commercializzazione di queiprodotti che consentono un notevole livello di personalizzazione da parte del cliente. Si pensi adesempio allindustria automobilistica, la gamma degli optional (tettuccio apribile, cerchi in lega,etc.) e delle possibili scelte (colore della carrozzeria, interni, etc.) talmente ampia che laspettofinale dellautovettura fortemente influenzato dalle richieste del cliente, il quale difficilmente avrla possibilit di visionare concretamente unautovettura uguale a quella che vorrebbe ordinare. LaMercedes ha sviluppato un Virtual Showroom ovvero un sistema per consentire allutente di

effettuare la personalizzazione del proprio modello visionando in maniera immediata leffetto dellesue scelte. Il cliente dispone di uno schermo LCD che, tramite unintelaiatura metallica snodabile, libero di muoversi su un area di sette metri di diagonale. Lo schermo ha una doppia funzione:primariamente svolge il ruolo di finestra sulla scena virtuale, movendo il monitor lutente pu,infatti, osservare il modello virtuale dellautomobile che ha scelto da tutti i punti di vista, anchedallinterno; secondariamente, trattandosi di uno schermo tattile, lutente potr provvedere allascelta degli optional agendo con le dita direttamente sul monitor.Grazie al VRML (Virtual Reality Modelling Language) si anche suggellato il matrimonio fraRealt Virtuale e Internet. Il VRML, infatti, consente di inserire nelle normali pagine web dellescene tridimensionali liberamente navigabili, (attraverso appositi plug-in disponibili per tutti gliInternet browser in commercio) consentendo anche un certo livello dinterazione. Sempre

nellambito del marketing, si sono avuti degli utilizzi molto interessanti che riguardanoprincipalmente la realizzazione di cataloghi tridimensionali interattivi e dei cosiddetti virtualshowroom a supporto dei siti di e-commerce.

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Applicazioni della RealtApplicazioni della Realt VirtualeVirtuale

Difesa.

Medicina.

Architettura.

Patrimonio culturale.

Visualizzazione di dati tecnici e scientifici:

Matematica; Fisica; Chimica; Biologia;Scienze Geologiche e Metereologiche;Ingegneria.

Intrattenimento.

Arte.

Commercio Elettronico.

Simulazione dintervento in endoscopia

Campo MedicoCampo Medico

Visualizzazione di modelli anatomici complessi.

Campo MedicoCampo Medico AddestramentoAddestramento

AddestramentoAddestramento AddestramentoAddestramento

Presentazione di un modello di autovettura in scala 1:1

Presentazione modelliPresentazione modelli Presentazione modelliPresentazione modelli

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Presentazione modelliPresentazione modelli ArchitetturaArchitettura

La ricostruzione in

ambiente virtuale

del Duomo di

Siena

EsempioEsempio didi applicazioneapplicazione EsempioEsempio didi applicazioneapplicazione

Modellazione

(CAD o Scanner 3D )

10 persone per 4 mesi

EsempioEsempio didi applicazioneapplicazione

Creazione delle Textures mediante foto o

ricostruzioni


Geometrie e texture


Illuminazione


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3. STRUMENTI PER LE APPLICAZIONI IN VR

SistemiSistemi didi ProiezioneProiezione

Powerwall


Powerwall


Workbench

Virtual Table


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HEyeWall

6x4 tiles (48 Proiettori)

Grandi dimensioni ealta risoluzione

Rendering Cluster:

serie di PCs connessiin rete ad alta velocit

unkalibriert

kalibriert

Anwendung

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Proiezioni ad alta risoluzione

HEyeWall SXGA


Problemi del sistema HEyeWall

Visibilit delle giunzioni tra le diverse tiles

Disunuformit di colore e luminosit

NCSA: 4 x 5 Wall, mono Zoom of image left


CAVE

Gli HMD (Head Mounted Display)

Sono dei caschi che contengono dei display per lavisualizzazione e inoltre delle cuffie per laudio

tridimensionale. Gli HMD possono essere stereoscopici,quando esiste un visore diverso per ogni occhio o

monoscopici, quando entrambi gli occhi vedono la stessaimmagine presente su un singolo display


Gli HMD (Head Mounted Display)


Modello VS3- Con

unaltezza del soffitto di 8

piedi e una capacit di

udienza per ben 1-6

persone, il VS3 ha unamisura perfetta per i

piccoli gruppi di lavoro.


Le interfacce per la RVLe interfacce per la RV

3D. Gli stimoli sono presentati in 3D (ad es.,profondit e prospettiva visive, localizzazione uditivadi oggetti in movimento o statici, percezione delladirezione di forze,...).

Senso di presenza. Forniscono stimoli ai diversisensi dell'utente per dargli una forte sensazione dipresenzafisica e diretta.

Interazione naturale. Mirano a sfruttare il pi

possibile i gesti e le azioni che le persone svolgononella realt fisica quotidiana (camminare,raccogliere, girarsi, saltare, lanciare,...).

Sono dispositivi in grado di definire la

posizione e il movimento di un oggetto nello

spazio e/o di intercettare il movimento di ogni

singolo dito della mano.

Alcuni sono in grado di fornire una risposta

tattile alle azioni dellutente.

Dispositivi di INPUTDispositivi di INPUT

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Distribuito dalla Virtual Realities.Lo SpaceBall 4000 possiede 12

tasti programmabili ed una sferaper il pieno controllo del modelloin 3D.Il controllo avviene tramite isensori di pressione della sfera

che causano il movimento del

modello nello spazio di lavoro,mentre ruotare la sfera d lapossibilit di orientare il modello.

SPACEBALL 4000PESO : 0,45 Kg - COSTO: $285.00

Mouse 3DMouse 3D

Distribuito dalla Virtual Realities.

La calotta supporta anche lafunzione di zoom.

Possiede 11 tasti programmabili,inoltre ad un incremento dipressione corrisponde un

incremento della velocit con cuisi esplora il modello in 3D.

In effetti come se si avesse ilmodello in 3D nella propria

mano, tale la possibilit dimanipolazione.

SPACEMOUSEPESO: 0,6 Kg - COSTO: $685.00

Mouse 3DMouse 3D

TrackingTracking elettromagneticoelettromagnetico

Sensori Elettro-

magnetici

Opticalmarkers

TrackingTracking otticoottico

Con force feedback:

TrackingTracking meccanicomeccanico

Legano fisicamente lutente allamacchina mediante un bracciosnodato nelle giunture del qualesono presenti dei sensori. Siinstalla sulla mano in modo dafasciare ogni dito e permette diprogrammare le forzeapplicabili su ciascuno di essi.L utente dunque capace dipercepire la forma e la taglia deimodelli 3D generati dalcomputer.

COSTO: attorno ai $45000.

TrackingTracking meccanicomeccanico

TrackingTracking ee interazioneinterazione

Il Cyber Glove un dispositivo che

consente una interazione pi naturale conla scena virtuale

TrackingTracking ee interazioneinterazione

Loperatore indossa deidispositivi che creano

delle distorsioni

allinterno di un campo

magnetico, talidistorsioni sono rilevate

da appositi sensori che

determinano il

movimento della mano

delloperatore.

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TrackingTracking ee interazioneinterazione TrackingTracking ee interazioneinterazione

Audio tridimensionale

Le schede audio 3D permettono di posizionare i

suoni in qualsiasi punto della sfera virtuale di

spostarli, di generare effetti di assorbimento di ecoproprio come nella realt

Dispositivi per la RVDispositivi per la RV

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Date post:	06-Apr-2018
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3.Realt%E0_Virtuale

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