È possibile effettuare una classificazione dei display utilizzati nelle applicazioni di Realtà Aumentata in base alla loro distanza rispetto all’utente. Come evidenziato nella Figura 4-7, possiamo quindi avere:
1. Head Worn Display; 2. Hand Held Display; 3. Spatial Display.
Figura 4-7: classificazione dei display per applicazioni AR
4.6.1.1 - Head Worn Display (HWD)
Gli head-worn displays richiedono che l’utilizzatore indossi il display direttamente sulla sua testa visionando il nuovo ambiente di fronte agli occhi. In base alla tecnologia di generazione dell’immagine esistono tre tipologie di head-worn displays:
• Head-mounted displays; • Retinal displays;
• Head-mounted projectors.
Head Mounted Display (HMD)
Gli HMDs sono attualmente i dispositivi più utilizzati in applicazioni di AR. L’immagine è visualizzata su un piccolo display posizionato davanti agli occhi. In base a come è realizzata la combinazione tra reale e virtuale si possono distinguere due differenti tipologie di HMDs:
1. Video See-Through (VST) 2. Optical See-Through (OST)
I primi sfruttano la tecnica di blending delle immagini Video Mixing, mentre i secondi applicano i principi dell’Optical Combination.
Figura 4-8: display VST
Un Video See-Through(Figura 4-8) lavora attraverso un closed-view HMD con una o due videocamere montate sulla testa. Il video proveniente da queste telecamere è combinato con immagini grafiche create da un generatore di scene. Un video compositore mescola il flusso video dell’ambiente reale con le immagini create e invia il risultato al monitor posto davanti agli occhi dell’utilizzatore. Questi dispositivi sono molto impiegati in applicazioni di Realtà Virtuale.
Un esempio commerciale di VST display è il Vuzix Wrap 1200 (Figura 4-9), in grado di offrire un display da 75 pollici a una distanza di tre metri.
Figura 4-9: display VST Vuzix Wrap 1200
I dispositivi Optical See-Through (Figura 4-10) utilizzano un divisore di fascio ottico (beam splitter), costituito da uno specchio translucido che contemporaneamente riflette la luce in una direzione e la trasmette nell'altra. Posizionato davanti all'occhio dell'utente, il divisore di fascio può riflettere l'immagine di un display e porla nella visuale dell'utente permettendo contemporaneamente il passaggio della luce proveniente dal mondo circostante. Se sono disponibili due sistemi ottici di visualizzazione, uno per ciascun occhio, allora si parla di visori stereoscopici.
Figura 4-10: display OST
Retinal Display
Questi dispositivi prevedono che l’immagine sia formata direttamente sulla retina grazie ad un laser a semiconduttori a bassa potenza. In Figura 4-11lo schema di funzionamento di un retinal display.
Figura 4-11: schema di funzionamento di un retinal display
Una sorgente laser è introdotta in un flusso di fibra ottica che porta la luce a uno scanner meccanico a risonanza (MRS) (in attesa di brevetto). Lo scanner è il cuore del sistema. Si tratta di un dispositivo leggero di dimensione circa 2cm x 1cm x 1cm consiste in un specchio montato su un supporto. Lo specchio oscilla in risposta ai campi magnetici prodotti da bobine presenti sulla montatura. Oscilla a 15 kHz e ruota per un angolo di 12 gradi. L'elevata frequenza di scansione permette l'alta risoluzione delle immagini prodotte. Appena lo specchio MRS si muove,la luce è digitalizzata in direzione orizzontale. Poiché lo specchio del MRS oscilla sinusoidalmente, la scansione in direzione orizzontale è ottenuta sia per la direzione di oscillazione in avanti che all’indietro.
Il fascio di luce scannerizzato è quindi passato a uno specchio galvanometrico o ad un secondo MRS che analizza la luce in senso verticale. A seguire, il fascio laser è quindi introdotto nell’occhio. La luce può essere inviata tramite uno specchio/combiner per consentire all’utente di visualizzare l'immagine digitalizzata sovrapposta sul mondo reale.
Head-mounted projectors
Prevedono l’utilizzo di piccoli proiettori che proiettano le immagini sulle superfici dell’ambiente reale. Sono molto simili agli HMD Optical See-Through tranne per il fatto che l’immagine viene proiettata, anziché verso l’utente, verso l’ambiente esterno. Questi dispositivi indirizzano il fascio di luce proiettata con un divisore di fascio ottico, così che l'immagine sia diretta verso superfici retroriflettenti, collocate di fronte all'utente (Figura 4-12) .
Figura 4-12: HMP e relativo schema di funzionamento
4.6.1.2 - Hand Held Display
Gli Hand-Held Display (Figura 4-13) sono dispositivi portatili che sono impugnati anziché indossati. I comuni PDA (Personal Digit Assistent), i palmari e i cellulari di ultima generazione rappresentano tipici esempi di hand-held displays. Questi inglobano videocamera, processore, memoria, display, e tecnologia d’interazione all’interno di un unico dispositivo. Offrono inoltre la possibilità di trasmettere dati tramite tecniche wireless rendendo l’oggetto estremamente adatto ad applicazioni in cui sia richiesta una notevole mobilità dell’osservatore.
Figura 4-13.da sinistra: VideoSee Through;Optical See Through; smartphone con picoproiettore integrato
L’approccio più utilizzato per questi dispositivi è quello Video See-Through. La videocamera integrata cattura il flusso video dell’ambiente che viene arricchito dalle grafiche previste e quindi visualizzato sul display.
Dispositivi hand-held basati su tecnologia Optical See-Through sono comunque stati realizzati e contengono gli stessi componenti dei già visti HMDs da cui li distingue soltanto il design studiato per essere tenuti in mano.
Per quanto riguarda la modalità Image Projection, vi è un importante innovazione nella gamma di prodotti utilizzabili. Microvision, una società con sede a Redmond, nello stato americano di Washington, non molto distante dal quartier generale del
gigante Microsoft (e dalla sede americana della Nintendo), ha messo a punto una nuova tecnologia, nota come PicoP, che consente di integrare dei proiettori miniaturizzati (“picoproiettori”, da cui il nome PicoP) all’interno dei apparecchi mobili quali cellulari, PDA, laptop, portable media player come gli iPod o i terminali Zune, fotocamere digitali, lettori DVD portatili e console di videogiochi, e proiettare immagini su qualsiasi superficie.
4.6.1.3 - Spatial Display
Al contrario dei dispositivi indossati dall’osservatore (head-worn o hand-held), gli spatial displays distaccano la tecnologia dall’utilizzatore e la integrano nell’ambiente circostante. Il panorama delle varianti tecnologiche di questi dispositivi appare piuttosto variegato: si va dall’utilizzo di schermi LCD di medie o grandi dimensioni, talvolta disposti a formare vere proprie“stanze”, all’uso di combinatori ottici opportunamente piazzati nell’ambiente, fino alla proiezione dei contenuti digitali direttamente sugli oggetti reali (nel qual caso si parla di Direct Augmentation).
Al momento esistono tre differenti approcci per aumentare la realtà circostante: Screen-Based Video See-Through Displays: tali sistemi trasmettono le immagini arricchite dalle informazioni necessarie su di un comune monitor per pc (Figura 4-14)
Spatial Optical See-Through Displays:questo tipo di display ricorre a separatori di fascio piani o curvi o a schermi trasparenti che permettono di combinare nello spazio l'immagine reale con le immagini artificiali(Figura 4-14).
Figura 4-14- esempi di Screen-Based Display: Sx) Video See-Through; Dx) Optical See-Through
Projection-Based Spatial Displays: proiettano le immagini direttamente sulle superfici degli oggetti fisici anziché proiettarla su di un display posto tra gli occhi dell’osservatore e l’oggetto reale.
In Figura 4-15è possibile vedere un esempio di applicazione di questa tecnologia, un progetto di ricerca sviluppato dalla IBM che prende il nome di Everywhere Display. Questo progetto mira a sviluppare sistemi che consentono la trasformazione di ogni superficie di uno spazio in un "touch screen" proiettato. Sono utilizzati un proiettore LCD, uno specchio motorizzato orientabile, e una fotocamera. Lo specchio è usato per deviare l'immagine del proiettore verso superfici, pareti o il pavimento di una stanza. Il proiettore è posto nell’ambiente di lavoro in una posizione che permetta al fascio luminoso di raggiungere le varie
prospettiva. Il prototipo comprende anche una videocamera motorizzata per rilevare l’attività di mani e corpo nell’area proiettata, così l’utente può interagire con l'immagine proiettata semplicemente toccando la superficie. Nella Figura 4-15 a desta, ad esempio, è possibile vedere la creazione di un pulsante virtuale:la telecamera rileva quando la mano copre l’immagine del pulsante ed avvia il processo che si desidera attivare.
Figura 4-15:Sx) schema di funzionamento di un Everywhere Display;Dx) pulsante virtuale