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Realtà Virtuale<img alt="" src="http://webtest.cira.it/PublishingImages/HeaderVR.png" style="BORDER:0px solid;" />https://www.cira.it/it/competenze/sviluppo-software-e-realtà-virtuale/__subnav/realtà-virtuale/Realtà VirtualeRealtà Virtuale<h3>Obiettivi:</h3><p style="text-align:justify;">Realizzare ambienti virtuali interattivi multi-utente altamente realistici e verosimili che ospitino applicazioni utili per l'industria aeronautica e spaziale e a supporto di altri progetti di ricerca, da inserire in ambiti produttivi per migliorare o innovare processi progettuali, produttivi e di supporto al prodotto come la progettazione human-centred e l'addestramento, nell'ambito della più generale e trasversale tematica dell'ergonomia.</p><p style="text-align:justify;">Analoghi obiettivi si rivolgono allo spazio e all'esplorazione planetaria, con l'obiettivo di realizzare applicazioni per la familiarizzazione degli astronauti con procedure, modalità operative e ambienti ospitanti non comuni da applicare ad ambienti come la International Space Station o Marte, anche a scopi divulgativi.</p><h3>Temi di ricerca:</h3><p style="text-align:justify;text-decoration:underline;">Interazione physics-based e interfacciamento attraverso dispositivi NUI (Natural User Interface)</p><p style="text-align:justify;">Tra le principali tematiche da trattare per la realizzazione di un ambiente virtuale percepito come "credibile" da una persona vi è la modellazione del comportamento degli oggetti dell'ambiente ricreato sinteticamente, che deve riprodurre in modo credibile le leggi fisiche che regolano il mondo reale, in particolare quelle della dinamica. Lo stesso modello dovrà valere anche per il comportamento degli oggetti alla manipolazione interattiva, che dovranno essere afferrabili e manipolabili ma nei limiti delle capacità di manipolabilità degli stessi attraverso le capacità della mano virtuale (cinematico-dinamiche), attivata interattivamente dai sensori di interfacciamento della persona, rispetto alla forma e al peso degli oggetti stessi.</p><p style="text-align:justify;">Le libertà cinematiche offerte dai vincoli imposti tra gli oggetti virtuali con cui interagire (come, ad esempio, vincoli cerniere per un portello o assiali per cassetti o apparecchiature da inserire-estrarre dai propri alloggiamenti) si tradurranno in possibilità di movimento degli oggetti in un ambiente virtuale all'atto della manipolazione. L'altro importante aspetto da trattare attraverso adeguata modellistica di simulazione fisica è l'interazione tra la mano e gli oggetti, cioè il trasferimento della forza di manipolazione degli oggetti che è anche essenziale per pilotare direttamente dispositivi di force-feedback. Alla corretta valutazione di questa componente di forza concorrono la non compenetrabilità dei corpi, pur tenendo presente che i corpi non sono infinitamente rigidi (soft collision response), e l'attrito, che può essere approssimato da modelli piramidali di più facile calcolo.</p><p style="text-align:justify;">Inoltre per utilizzare un modello della dinamica dei corpi rigidi per simulare l'esecuzione pratica di sequenze di montaggio e smontaggio occorre superare il modello dei vincoli inamovibili per passare a uno in cui i giunti siano "rompibili" e "ricreabili" in funzione di condizioni di forzatura o di prossimità che corrispondano a intenzioni dell'utente di smontare o rimontare una parte, con meccanismi di snap che ne aggiustino il posizionamento nella fase finale di assemblaggio. </p><p style="text-align:justify;">Inoltre i dispositivi NUI, come il Leap Motion Controller e il Kinect, non mettono certamente a suo agio un motore di fisica con i loro input soggetti a jittering, perdite di visibilità delle parti del corpo tracciate e improvvisa "ricomparsa" con "salti" nello spazio che rischiano di far ritrovare una delle mani virtuali improvvisamente all'interno di un oggetto dell'ambiente, con conseguenze disastrose sulla stabilità della simulazione.</p><p style="text-align:justify;">Questo filone di ricerca si interessa di tutti questi aspetti relativi alla realizzazione di un ambiente virtuale che esibisca un comportamento fisicamente credibile all'utente, sia in relazione agli obiettivi applicativi che all'impiego di moderni dispositivi di interfacciamento uomo-macchina che gliene semplifichino l'accesso.</p><p style="text-align:justify;text-decoration:underline;">Simulazione immersiva di cabina passeggeri di velivoli (aeri di linea, business jet) per valutazioni di comfort</p><p style="text-align:justify;">L'approccio alla conduzione dell'esperienza in prima persona, conciliato con la moderna tendenza del Virtual Prototyping a minimizzare, con tendenza a eliminare, l'impiego di prototipi fisici per tutte le verifiche progettuali, conduce alla scelta della Realtà Virtuale come soluzione metodologica e tecnologica alla realizzazione di ambienti da sottoporre alle valutazioni di utenti reali in merito agli aspetti ergonomici. I vantaggi in termini di rapidità di realizzazione e di modifica di un ambiente-veicolo di sintesi, realizzato a partire da modelli tridimensionali di derivazione CAD e riprodotto in computer grafica tridimensionale immersiva, sono stati resi evidenti da innumerevoli studi e report di best practices, insieme alla valutazione della corrispondente riduzione dei costi. Tra i tanti vantaggi si annovera, soprattutto, la flessibilità di riconfigurazione dell'ambiente in esame per poter sottoporre al soggetto, all'interno di un'unica sessione di valutazione immersiva, più soluzioni progettuali per sceglierne la migliore: è, infatti, sufficiente predisporre i modelli tridimensionali di ciascuna alternativa, rappresentata con i relativi materiali, e presentarli a una giuria di persone in alternativa l'una all'altra nella corretta collocazione dando, magari, la possibilità agli stessi utenti di selezionare quella visibile per convergere speditamente alla scelta. Altri interventi facilmente possibili vi sono il cambiamento interattivo di attributi di materiali degli oggetti, di condizioni di illuminazione esterna e interna, della posizione di oggetti (come ad es. il tavolinetto frontale ribaltabile). Alla base di questa metodologia vi è la disponibilità di sistemi di rendering in computer grafica che conciliano la qualità della resa visiva con il mantenimento di frame rate adeguato all'esperienza interattiva human-in-the-loop, via via reso sempre più possibile dal moderno hardware grafico e da software di rendering real-time di altissima verosimiglianza visiva.</p><p style="text-align:justify;">Ma andando oltre la fruizione passiva da parte dell'utente di quanto sottopostogli in termini grafici relativamente all'ambiente ospitante, il plus più significativo dalla conduzione dell'esperienza in Realtà Virtuale è la possibilità di portare le abilità di interazione manuale della persona all'interno dell'ambiente ricreato virtualmente, dandogli la possibilità di raggiungere, toccare, manipolare in modo credibilmente realistico quanto a portata di mano, comandi o arredi che essi siano. Oltre alla visibilità e alla qualità percepita visivamente, può, così, essere condotta nell'ambiente di sintesi anche un'utile serie di valutazioni di raggiungibilità e di usabilità stessa di comandi e accessori, ognuno con il proprio comportamento all'azionamento manuale e secondo specifiche libertà cinematiche. La possibilità di impiegare dispositivi a retroazione di forza per trasferire al soggetto sensazioni di resistenza degli oggetti all'atto di afferrare (grasp) e alla compenetrazione (tra oggetti e tra controparti antropomorfe virtuali e l'ambiente) e di morbidezza, oltre che di peso, aggiunge un'importante componente sensoriale trasferita alla persona e consente di spostare ancora più in avanti il momento di servirsi di un ambiente reale per le valutazioni ergonomiche.</p><p style="text-align:justify;">Il valore aggiunto derivante dalla contemporaneità di somministrazione di una pluralità di stimoli (visivo, meccanico-fisico, vibro-acustico) alle persone che valutano il comfort della soluzione progettuale propostagli proprio come avviene nella realtà, unito alla capacità di rendere l'ambiente ricreato sinteticamente ancor più credibile consentendo l'interazione manuale diretta alla persona immersa, si profila elevato.</p><p style="text-align:justify;text-decoration:underline;">Collaborazione physics-based in un ambiente virtuale comune</p><p style="text-align:justify;">Una delle principali tendenze attuali in ambito social, quella della condivisione, può essere traslata produttivamente anche in ambiti lavorativi e professionali. È già da tempo che le sessioni più efficaci di design review in aeronautica siano di tipo collaborativo e coinvolgano team distanti geograficamente per un'analisi, congiunta e condivisa, di problemi e ricerca di soluzioni.</p><p style="text-align:justify;">Collaborare in un ambiente virtuale comune, ad esempio per far in modo che due o più persone si esercitino congiuntamente ad eseguire un operazione che non sarebbe possibile a una sola di esse, offre un significativo plus dovuto alla contemporaneità della condivisione dell'esperienza (same time, same place) con prevedibili vantaggi in complessi compiti di addestramento.</p><p style="text-align:justify;">Nell'ambito della disciplina di Realtà Virtuale al CIRA il genere di collaborazione a cui ci si vuole indirizzare è quella da svolgere in un unico ambiente virtuale immersivo in cui due o più utenti possano interagire in prima persona, contemporaneamente, con gli oggetti che popolano l'ambiente sulla base della dinamica Newtoniana in modo fisicamente credibile. In prima istanza i partecipanti all'esperienza staranno tutti nello stesso ambiente fisico, quello del Laboratorio di Realtà Virtuale del CIRA, in cui un sistema di tracciamento contactless multi-persona permetterà di far corrispondere, in tempo reale, al movimento della persona fisica il movimento articolato del suo manichino-avatar fino con il dettaglio delle mani. Successivamente, con la collaborazione di altri Laboratori analoghi a quello del CIRA, si condurranno esperimenti con i partecipanti distribuiti su base geografica affrontando le prevedibili problematiche di latenze dovute alla trasmissione dei dati da remoto che si uniscono a quelle già sfidanti per la loro minimizzazione su base locale.</p>

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