Interazione in Realtà virtuale: una panoramica generale

La creazione di un ambiente virtuale, comporta la progettazione di una macchina che simuli stimoli sensoriali, visivi e sonori, in modo da dare all’utente la sensazione di essere realmente in uno spazio differente da quello in cui si trova.

Questo implica lo studio di efficienti metodi di interazione tra l’utente e il mondo virtuale e quindi lo studio di sistemi di navigazione, strumenti per la visione tridimensionale e strumenti per la manipolazione di oggetti virtuali.

4.4.1 Strumenti per la visione tridimensionale

Gli oggetti di un ambiente virtuale sono tridimensionali. Poiché l’ambiente è visualizzato su uno schermo, le coordinate tridimensionali vengono convertite in coordinate bidimensionali. Perché l’utente percepisca la tridimensionalità degli oggetti, sono necessari particolari strumenti che vengono sistemati in prossimità degli occhi e consentono di avere tale visione tridimensionale. Questi strumenti sfruttano le caratteristiche dell’occhio umano. Gli occhi di un essere umano sono distanziati di circa 7-8 cm, per cui quando si osserva un’immagine, quella prodotta dall’occhio sinistro, risulta leggermente sfasata rispetto a quella prodotta dall’occhio destro. Il cervello riceve quindi due immagini, le rielabora aggiungendo la dimensione mancante: la profondità. Le speciali apparecchiature utilizzate per la navigazione di un ambiente virtuale, utilizzano questo principio e attraverso differenti tipi di tecniche, fanno ricevere alla retina due immagini sfalsate. Tra queste apparecchiature, di particolare interesse sono gli occhiali stereoscopici a lenti colorate o polarizzate. Con questi occhiali è possibile ottenere una visione tridimensionale, fotografando un oggetto due volte con una posizione sfasata di 7-8 cm, utilizzando per le immagini due filtri con colori complementari (ad esempio rosso e blu). Le due

fotografie vengono poi fuse insieme ottenendo una foto tridimensionale visualizzabile con degli occhiali aventi una lente per colore.

L’utilizzo di questa tecnica produce risultati scadenti con immagini a colori. Per ovviare a questo problema, è possibile sostituire ai filtri e alle lenti colorate, dei filtri e delle lenti polarizzate.

Particolarmente interessanti sono anche gli occhiali stereoscopici ad otturatori, con i quali si può ottenere una visualizzazione stereoscopica utilizzando solamente lo schermo del computer. La visualizzazione stereoscopica, è possibile grazie alla visualizzazione contemporanea di due immagini, una per occhio. Gli occhiali ad otturatori montano, al posto delle lenti, dei filtri a cristalli liquidi che, se polarizzati correttamente, diventano completamente neri, impedendo all’occhio di vedere attraverso essi. Le immagini vengono montate in sequenza sullo schermo alternando ripetutamente i frames destinati all’occhio destro con quelli destinati all’occhio sinistro. In contemporanea, viene inviato un segnale agli occhiali in modo da oscurare l’occhio non interessato dall’immagine presente sullo schermo. Questo implica la necessità di utilizzare macchine molto veloci, in quanto per ottenere 25 fotogrammi al secondo, è necessario visualizzare nello stesso periodo di tempo 50 immagini (25 per ogni occhio). Il vantaggio di questa tecnologia, è rappresentato dall’alta definizione grafica ottenibile, che dipende solamente dalla velocità del sistema di elaborazione.

Un altro dispositivo per la visualizzazione è rappresentato dal HMD (Head Mounted Display). Si tratta di un casco che contiene un display per la visualizzazione delle immagini. Al suo interno sono integrate delle cuffie stereofoniche di alta qualità per permettere l’utilizzo di audio tridimensionale. Le tecniche usate per visualizzare le immagini in un HMD, dipendono dalle funzionalità offerte dallo strumento e dalla qualità dell’apparecchiatura. Gli HMD possono essere stereoscopici, quando esiste un visore diverso per

occhio, o monoscopici, quando entrambi gli occhi visualizzano la stessa immagine presente su un singolo display.

Gli HMD di costo medio utilizzano dei mini schermi a cristalli liquidi che, allo stato attuale della tecnologia, permettono una risoluzione massima di 768 x 512 pixel. Sono comunque allo studio, display a cristalli liquidi in grado di visualizzare 1024 x 768 punti con 16 milioni di colori. Gli HMD di questo tipo sono ancora allo stadio prototipo; sono utilizzati solamente in applicazioni critiche (ad esempio simulazioni militari). Il vantaggio dell’utilizzo di display a cristalli liquidi, è dato dalle ridotte dimensioni degli HMD che li montano e dal fatto che essi non emettono radiazioni elettromagnetiche.

Figura 4.1 (a) Il primo HMD (b) HMD moderno

Un altro modo per dare agli utenti una visione tridimensionale degli oggetti virtuali, è rappresentata dall’utilizzo di una struttura particolare, detta CAVE: si tratta di una struttura in cui si entra fisicamente ovvero una stanza sulle cui pareti viene proiettato l’ambiente virtuale. Il numero di pareti in cui viene visualizzato l’ambiente varia da tre a sei.

I principali vantaggi derivanti dall’utilizzo di questa struttura sono: ¾ un vasto campo di vista;

¾ la possibilità di far condividere una stessa esperienza ad un gruppo di soggetti.

I principali svantaggi sono:

¾ il costo eccessivo dei sistemi di generazione di immagini multiple; ¾ la necessità di spazio.

Figura 4.2 Cave

4.4.2 Sistemi di navigazione e strumenti per la manipolazione di oggetti

L’utente deve poter interagire con l’ambiente virtuale, deve poter in qualche modo “navigare” nell’ambiente virtuale, inviare dei comandi che gli consentano di muoversi in una certa direzione o di compiere una certa azione. Esistono diversi dispositivi che consentono la navigazione e l’interazione dell’utente con l’ambiente. Tra questi quello più utilizzato, è il comune joystick, un semplice dispositivo dotato di pulsanti. L’utente preme un pulsante diverso a seconda dell’azione che vuole compiere. All’azione dell’utente corrisponde una reazione del calcolatore. Esistono altri dispositivi che devono essere indossati dall’utente: questi sono in grado di interpretare il linguaggio del corpo, di tradurlo. Attualmente sono in fase di sviluppo dispositivi in grado di interpretare anche semplici messaggi vocali.

Figura 4.3. Manipolazione di oggetti: data gloves

Tra gli strumenti che consentono di interagire con l’ambiente virtuale, particolarmente interessante è il data glove, uno speciale guanto che consente di manipolare oggetti virtuali. Il data glove consente anche di rilevare la posizione dell’utente; è dotato infatti di sensori in grado di intercettare la posizione e il movimento di ogni singolo dito: dalla posizione nello spazio della mano, è possibile determinare la posizione nello spazio del soggetto.

I data gloves più sofisticati sono in grado di fornire una risposta tattile alle azioni dell’utente. Per far ciò utilizzano delle piccole scariche elettriche per stimolare le connessioni nervose sottocutanee oppure utilizzano dei materiali in grado di flettersi quando sono sottoposti all’azione di un campo elettrico. In questo modo è possibile fornire all’utente la sensazione di impugnare realmente un oggetto.