Teoria Prototipazione virtuale

LIVELLO DI INTERAZIONE GRADO DI LIBERTA’

Multiplayer: più utenti possono interagire Tecnologie indossabili: i movimenti

contemporaneamente tra loro e con la realtà dell’utente sono vincolati ad uno spazio

virtuale limitato

Desktop: interfaccia visiva, 2D Multimodali: è possibile interagire in modi

diversi

 →

GRADO DI IMMERSIVITA’ MODALITA’ DI INTERAZIONE (non si

escludono ma anzi possono coesistere)

Sistemi immersivi 3D: essere “behind there” Multisensoriali: coinvolgono più sensi

contemporaneamente 25

Eugenia Fontinovo

Input:

̶ Position trackers – posizione dell’osservatore: posizione reciproca tra oggetto virtuale, osservatore e spazio fisico;

̶ Manipulation interfaces – interazione arto-oggetto virtuale attraverso l’utilizzo di interfacce;

̶ Gesture interface – interfaccia gestuale: guanti che permettono di tracciare il movimento delle dita; essi consentono di

rappresentare un movimento reale nella realtà virtuale e di associargli uno specifico significato/funzione.

Output

̶ Graphic displays – sistemi display di visualizzazione visiva;

̶ Sound displays – Feedback audio;

̶ Haptic feedback interfaces – interfacce che simulano il contatto mano-oggetto virtuale.

Software toolkit: CAD, Collaborative CAD, Cloud-CAD…

Questi dispositivi sono controllati da computer e strumenti software che permettono di modellare il

prodotto/sistema/ambiente, mappare e sincronizzare input/output.

Virtual Reality (VR)

Brooks (1999) definisce la VR come:

“Un’esperienza nella quale l’utente è immerso in un mondo virtuale capace di reagire alla sua presenza.”

Sherman and Craig (2003) definisce la VR come:

“Un mezzo composto da simulazioni interattive tramite computer che percepiscono la posizione e le azioni dell’utente e

sostituiscono o aumentano il feedback di uno o più sensi, dando l’impressione di essere mentalmente immersi o presenti nella

simulazione (virtual world)”.

CLASSIFICAZIONE DELLE TECNOLOGIE VR in funzione dei sensi coinvolti:

1. VISTA

a. Single user: caschi, schermi…

i. Single view Display Autostereoscopici: si ha una visione 3D l’oggetto (sembra uscire dallo schermo)

+ Non sono necessari dispositivi indossabili;

̶ Se l’osservatore non è in asse con lo schermo viene meno l’effetto 3D e l’immagine appare piatta.

ii. Head Mounted Display (HDM) visori 3D indossabili che immergono completamente l’utente nel mondo

virtuale

b. Collaborazione e presenza di più utenti

i. Multiview Display Autostereoscopici

ii. MULTIPLE USER 3D DISPLAY: PROJECTION-BASED

Classificati in funzione:

1) Tipo di stereoscopia: attiva o passiva*

2) Tipo di proiezione: frontale o retro*

3) Tipo di schermo: flessibile, rigido* o semirigido

4) Forma dello schermo: piano o semicurvo

Tutti i sistemi projection-based necessitano di occhiali e vengono impiegati in applicazioni di virtual reality.

iii. SCHERMI OLEOGRAFICI E VOLUMETRICI

Pala con micro LED che si illuminano al ruotare della stessa. Applicazioni di marketing. Bassa risoluzione.

iv. GRAPHIC DISPLAY

Schermi che consentono di osservare l’oggetto virtuale in 3D e di girargli intorno senza l’utilizzo di dispositivi

indossabili. 26

Eugenia Fontinovo

v. VOXON

Il gas viene sollecitato da fasci laser ed assume colori e sfumature dell’oggetto virtuale interessato.

Applicazioni di marketing. Bassa risoluzione.

vi. WORKBENCHES

Banchi di lavoro: schermi piatti LCD con proiettori che presentano le immagini su piani orizzontali/inclinati.

Immersione parziale, alto senso di presenza dell’oggetto. Applicazione in campo urbanistico e biomedico.

* Stereoscopia passiva

È basata sul principio della polarizzazione della luce: lo Stereoscopia attiva

spettatore indossa un paio di occhiali contenente due filtri Il filtro di separazione tra l’immagine di destra e l’immagine

con polarizzazione opposta, uno per la sinistra e uno per la di sinistra avviene indossando degli occhiali speciali che

destra. I proiettori contengono un filtro polarizzante, incorporano degli otturatori LCD pilotati tramite interfaccia

l'immagine polarizzata per l'occhio destro viene filtrata infrarossi e sincronizzati con il proiettore. Quando il

dagli occhiali che ne rendono possibile la visualizzazione proiettore visualizza l'immagine sinistra l'otturatore destro

solo attraverso la lente destra. Analogamente avviene per viene chiuso e viceversa.

l'immagine di sinistra. Vantaggi e Problematiche:

Vantaggi e Problematiche: • Occhiali costosi e pesanti (tempo limitato di utilizzo)

• Occhiali meno costosi e più leggeri (adatti per un numero • Effetti di disturbo visivo limitati e qualità maggiore delle

elevato di utenti) immagini

• Non si hanno effetti di disturbo • Bassa latenza

• Livello di immersività basso • Alto livello di immersività

• Necessita di schermi flessibili e rigidi speciali in grado di • Presenza di un solo proiettore

riflettere le immagini polarizzate • Tecnologia più innovativa ma ancora più costosa

• Costo dei proiettori simile a quella attiva.

*Proiezione frontale

• Occorre un ambiente ampio

• Durante la videoproiezione bisogna diminuire l'intensità e Retro proiezione

la luminosità ambientale Immagini più luminose rispetto alla proiezione frontale

• Il proiettore deve essere posizionato in uno dei punti più • Non presenza di ombre dello spettatore sullo schermo

alti dell'ambiente, in quanto se si trova in una posizione • Aumento di contrasto dell’immagine

non consona (ad esempio altezza uomo) si può verificare la • Costi più elevati

presenza di ombre che si vanno a proiettare sullo schermo

rovinando la visuale.

*Schermi flessibili Schermi rigidi

Vantaggi: Vantaggi:

• Costi ridotti •Buone prestazioni dal punto di vista ottico (elevata

• Non ci sono limiti dimensionali (fino a 10 metri) luminosità e nitidezza delle immagini)

• Alta risoluzione e luminosità Problematiche:

• Non ci sono problematiche di installazione •Diffrazione (necessità di avere bassi indici di diffrazione)

• Può essere curvo per migliorare il senso di immersione •Limiti dimensionali (max 4x3 m) e di

Problematiche: trasportabilità/montaggio in opera

• Necessità di avere un supporto rigido •Costi elevati

• Non c’è contatto tra utente-schermo (necessità di dotarsi •Non può essere curvo o semisferico (minor senso di

di particolari puntatori). immersione)

c. CAVE AUTOMATIC VIRTUAL ENVIRONMENT (CAVE)

Stanza immersiva, crea un senso di elevata immersione (Completely immersive).

Sistemi basati sulla proiezione: proiezione diretta o con retro-proiezione e specchi (per evitare le ombre

dell’utente), l’utente è completamente circondato da immagini proiettate su grandi schermi.

Soluzione più costosa che prevede un’installazione fissa delle apparecchiature.

Viene impiegata per simulare impianti complessi/manutenzione.

2. UDITO

a. SOUND DISPLAY

Display sonoro che integra/sostituisce la stimolazione sensoriale tattile e visiva.

b. SPATIAL AUDIO RENDERING

c. POSITION TRACKER 27

Eugenia Fontinovo

Dispositivo che consente di tracciare la posizione dell’utente nello spazio reale per riportarla nello spazio virtuale e

consentire la visione.

3. TATTO

a. HAPTIC DISPLAY

i. Cinestetici, permettono la presa e lo spostamento dell’oggetto nello spazio (percezione di peso, forma).

ii. Cutanei, display tattili che simulano il contatto con l’oggetto e stimolano i meccanorecettori della mano

(percezione di temperatura, texture, caratteristiche superficiali), attraverso vibrazioni meccaniche o

stimolazioni elettriche.

Da esperimenti emerge che la simulazione di oggetti ruvidi viene facilmente associata dagli utenti alla texture

dell’oggetto reale, mentre lo stimolo tattile simulato di un oggetto liscio (plastica) spesso non viene

riconosciuto: gli oggetti lisci sono difficilmente riproducibili a livello tattile.

b. SENSING GLOVES

Esoscheletro della mano controllato da sensori (localizzano i movimenti della mano) e movimentato da attuatori

(controllano il moto robotico dell’arto).

c. Leap Motion - GESTURE INTERFACE

Sviluppo di un’applicazione «direttore d’orchestra» che, riconoscendo i gesti della mano e interpretandoli,

consente di gestire il tempo, la velocità e l’entrata degli strumenti di un brano orchestrale.

Tecniche di prototipazione virtuale

Il progettista ha come fine ultimo il prodotto; nella progettazione crea dei modelli/schemi semplificativi per simulare le

caratteristiche dell’oggetto fisico.

̶ Tecniche tradizionali

̶ Disegno tecnico/Schizzi: informazioni non strutturate, implicite, incomplete, non formalizzate, non standardizzate;

̶ Modello fisico: presenta le informazioni in maniera completa ma non fornisce dati quantitativi.

• Tecniche digitali: permettono di ridurre il tempo di sviluppo, prevedere i processi di progettazione, intervenire in anticipo

per eventuali modifiche, condividere i dati aggiornati in tempo reale tra i reparti, ridurre i prototipi fisici e i costi ad essi

legati.

Aspetti chiave:

̶ Usabilità

̶ Immersive: presenza nell’ambiente virtuale

̶ Feedback

̶ Interattività: input/output da e verso l’ambiente virtuale

̶ Self presence: “I am there”

̶ Object presence: “It is there” per una creazione quanto più realistica possibile degli oggetti

Dall’oggetto fisico al modello digitale…

➢ Oggetto fisico

Rappresentazione matematica della forma

➢ Modello Geometrico*

Strutture dati computerizzate

Modello grafico digitale

➢ Prototipo Virtuale

Prototipo virtuale: modello realistico su calcolatore di un prodotto con tutte le caratteristiche necessarie per concepirlo,

svilupparlo, produrlo e assicurarne il servizio post- vendita.

È impiegato, nel contesto dell’azienda estesa, come piattaforma per lo sviluppo del prodotto e processo, per comunicare,

condividere e decidere dal primo layout alla manutenzione e al riciclo del prodotto.

Modello geometrico arricchito di informazioni funzionali, tecnologiche ed estetiche.

I prototipi reali non sono sempre possibili, si pensi ad esempio ad un impianto industriale di grandi dimensioni.

È uno strumento di problem solving per osservare e verificare le soluzioni progettuali adottate e modificarle.

È necessario pianificare la strategia di prototipazione a seconda dei test.

Secondo Otto&Wood il prototipo è l’artefatto che approssima più caratteristiche di un prodotto/sistema/servizio.

Virtuale dal lati