Capitolo 2. L’impatto delle tecnologie digitali sul processo
2.4 Realtà Virtuale e Realtà Aumentata
2.4.1 Realtà Virtuale: iter evolutivo e principi d
La Realtà Virtuale, nonostante la sua adozione da parte delle imprese sia ancora in una fase embrionale, conta alcuni decenni di storia. Prima di procedere all’esposizione del percorso di diffusione di questa tecnologia, è utile darne un’esatta definizione. Tale strumento si serve dell’utilizzo di un calcolatore e di particolari software e hardware allo scopo di generare la simulazione di un ambiente, di oggetti e fenomeni alternativi, che devono tuttavia apparire reali agli occhi dell’utente. Perché detto contesto virtuale si riveli veritiero per l’utilizzatore, è necessario che quest’ultimo, interagendo tramite i suoi sensi con l’ambiente ricreato, risulti completamente immerso in esso e viva un’esperienza che si dimostri effettiva e credibile42. Al fine di raggiungere questo
obiettivo, è indispensabile che i sistemi che determinano l’interazione tra uomo e calcolatore abbiano specifici attributi che saranno in seguito esplicitati.
Una delle prime applicazioni in tema di Realtà Virtuale è riconducibile al settore del tempo libero. Tra la fine degli anni Cinquanta e l’inizio dei Sessanta, il cineasta Morton Heilig inventa un simulatore virtuale dotato di luci, suoni, movimenti e odori, denominato “Sensorama”, per ricreare un viaggio tra le strade di Brooklyn.
Il successivo passo verso l’evoluzione di tale tecnologia è riscontrabile nella creazione dei primi simulatori di volo adoperati per le esercitazioni militari che consentono ai piloti di accumulare pratica ed esperienza senza il rischio di perdere la vita.
Per l’ingresso di questo strumento nel mondo delle imprese è necessario attendere il 1968, quando viene creato da Ivan Sutherland il primissimo casco virtuale per la visualizzazione tridimensionale di un ambiente simulato, le cui immagini variano a seconda dei movimenti della testa compiuti dall’utilizzatore. È in tale periodo che alcune aziende aerospaziali iniziano a focalizzare la loro attenzione su come implementare questa tecnologia all’interno dei propri processi di progettazione e pianificazione delle missioni.
Con il progressivo miglioramento della potenza e dei requisiti dei calcolatori, alcune importanti imprese, verso la fine degli anni Ottanta, cominciano a commercializzare le
42 LU S. C-Y., SHPITALNI M., GADH RAJIT, Virtual and Augmented Reality Technologies for Product Realization, Annals of the CIRP, Keynote Papers, 1999, p. 473.
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componenti hardware e software necessarie all’applicazione della Realtà Virtuale. Da quel momento, il suo impiego inizia a diffondersi in vari settori quali l’intrattenimento, l’educazione, la medicina, l’architettura, ecc… .
Perché l’ambiente virtuale, in cui l’utente risulta inserito, si riveli reale e veritiero, è indispensabile che sia caratterizzato da quattro fondamentali attributi: immersione, presenza, navigazione e interazione.
Con il primo si vuole indicare il grado di realismo avvertito dall’utilizzatore durante l’esperienza all’interno del contesto virtuale. Maggiore è la difficoltà dell’individuo di riconoscere ciò che è vero e ciò che non lo è, più elevato si dimostra il suo livello di coinvolgimento e conseguentemente di immersione. Tale caratteristica viene intensificata dall’impiego di adeguati segnali audio e dalla possibilità di ricevere risposte di natura tattile.
Il requisito della presenza, direttamente legato a quello dell’immersione, si riferisce alla sensazione percepita da parte dell’utente di trovarsi all’interno dell’ambiente virtuale. È fondamentale che questo rispetti le previsioni della persona e fornisca risposte in tempo reale perché non venga smarrito il senso di presenza al suo interno.
Il terzo importante attributo è quello della navigazione, che assicura all’utilizzatore la possibilità di muoversi ed esplorare i diversi aspetti ed elementi del contesto virtuale in cui si trova inserito.
L’interazione rappresenta la quarta e ultima caratteristica essenziale di tale sistema e si rifà alla capacità di toccare, modificare, spostare, ecc… gli oggetti presenti nella scena tridimensionale.
Il livello di queste proprietà può ovviamente mutare in base alle potenzialità dei calcolatori, software e hardware impiegati nella realizzazione dell’ambiente virtuale, le cui varianti saranno di seguito analizzate.
Il punto di partenza per la creazione di un contesto virtuale è rappresentato dalla realizzazione del suo modello digitale e di quello dei molteplici oggetti che lo andranno a comporre. Nel caso di utilizzo della Realtà Virtuale come supporto allo sviluppo di un nuovo articolo o processo, il modello del prodotto costituisce la base per l’elaborazione del sistema RV43. Tutte le spiegazioni successivamente fornite fanno diretto riferimento
a tale tipologia di impiego. Il sistema RV è formato da diversi elementi, molti dei quali
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caratterizzano anche la Realtà Aumentata, in seguito approfondita, che permettono la corretta generazione, rappresentazione, manipolazione e simulazione del modello digitale in questione.
Al fine di creare e memorizzare tutti i dati ad esso relativi, è innanzitutto essenziale la presenza e l’uso di un ambiente di modellazione CAD. Le informazioni oggetto di queste operazioni possono riguardare particolari indicazioni di carattere geometrico e funzionale concernenti il prodotto e derivanti dallo svolgimento delle precedenti fasi di sviluppo e progettazione.
Per garantire all’utente di percepire sensazioni realistiche, è poi necessario che il modello offra conferme veritiere, corrispondenti all’effettivo comportamento del prodotto nel mondo reale. Ad esempio, quando viene lanciato un oggetto all’interno dell’ambiente virtuale, esso deve rispettare le leggi fisiche di gravità codificanti tale fenomeno durante la propria caduta. Date le elevate difficoltà che si riscontrano nel modellare opportunamente i vari elementi, diventa indispensabile sviluppare e servirsi di appropriate capacità di simulazione dinamica degli eventi attraverso l’impiego di idonee e potenti tecnologie.
La terza fondamentale componente è rappresentata dai dispositivi di input (vocali, tattili, di movimento, ecc…) i quali consentono all’utilizzatore di manipolare il modello digitale e di interagire in maniera naturale con esso e con il complessivo contesto virtuale. Questi strumenti devono permettere al sistema di cogliere e intrepretare facilmente le intenzioni e le istruzioni provenienti dall’utente. Raggiungere detto scopo si rivela, tuttavia, un compito assai arduo e solo con il continuo sviluppo e miglioramento delle diverse tecnologie, sarà possibile conseguirlo. I dispositivi di input maggiormente adoperati sono dei particolari guanti, che permettono di impartire comandi e di manipolare gli oggetti digitali; questi stanno sempre più rimpiazzando altri strumenti come mouse e joystick.
L’ultimo basilare elemento necessario all’idonea implementazione della Realtà Virtuale è costituito dalla presenza di un adeguato e affidabile sistema di risposta e feedback all’utilizzatore. Gli strumenti in questione (output), al pari dei dispositivi di input, assicurano che l’esperienza vissuta dall’individuo risulti centrata su di lui, multisensoriale, interattiva e il più possibile immersiva. Anche tali feedback ricevuti dall’utente sono di carattere visivo, uditivo e tattile, e hanno l’obiettivo di far percepire
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alla persona una profonda sensazione di realismo44.
Come esplicitato in precedenza, la Realtà Virtuale (e anche la Realtà Aumentata) si basa sull’impiego di software e hardware allo scopo di garantire la corretta interazione tra computer e utente. I software consentono di elaborare definitivamente l’ambiente virtuale, nonché i diversi oggetti individuabili al suo interno. Dopo aver definito le caratteristiche geometriche e funzionali delle varie componenti servendosi dei sistemi CAD, tramite i suddetti programmi software è possibile ricreare il loro comportamento anche attraverso l’aggiunta di suoni associabili alle diverse situazioni.
Uno dei requisiti fondamentali, che impattano sul grado di realismo offerto da un sistema RV, è rappresentato dalla sua capacità di aggiornare velocemente e in modo automatico le immagini visualizzate dall’utilizzatore a seconda dei suoi movimenti e dei conseguenti cambiamenti del suo punto di vista. Tale attributo è assicurato dall’impiego di specifici strumenti di monitoraggio (hardware), basati sull’uso di un trasmettitore e di un sensore, che hanno lo scopo di identificare la posizione e gli spostamenti della testa, delle mani o addirittura dell’intero corpo dell’individuo. Le varie tecnologie disponibili per rilevare i movimenti dell’utente si possono fondare sull’emissione di onde elettromagnetiche, ultrasuoni o luce. Esistono inoltre sistemi meccanici basati, ad esempio, sul collegamento fisico tra un punto fisso e l’utilizzatore. L’eventuale mancata connessione tra gli spostamenti eseguiti dalla persona e la corretta visualizzazione delle immagini può rivelarsi un problema riconducibile a questi strumenti i quali si dimostrano dunque fondamentali nel favorire una valida navigazione e interazione da parte dell’utente.
Oltre a quelli impiegati per il monitoraggio del posizionamento della persona, gli ulteriori hardware necessari all’implementazione della Realtà Virtuale sono costituiti dai dispositivi di input e di output. Per quanto riguarda i primi si è già avuto modo di specificare in precedenza quali siano i sistemi maggiormente utilizzati, mentre per quel che concerne i secondi si procederà ora a una loro breve disamina.
I dispositivi ottici di output sono attualmente i più diffusi e i principali strumenti appartenenti a tale tipologia sono i visori (caschi o speciali occhiali) che consentono di isolare l’utente dal mondo esterno e di mutare la visualizzazione delle immagini a seconda dei movimenti della sua testa, fornendo quindi feedback visivi.
I dispositivi audio corrispondono alla seconda categoria e consistono spesso in semplici
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auricolari che permettono all’individuo di ricevere risposte uditive.
L’ultima classe è rappresentata dai sistemi che offrono feedback di tipo tattile alla persona. Attraverso il loro impiego è possibile toccare e afferrare gli oggetti digitali percependo direttamente il contatto con essi. I dispositivi più adoperati a tale scopo sono sicuramente i guanti in precedenza citati, ma altri strumenti si stanno sviluppando rapidamente. Uno di questi è ancora in fase di sperimentazione, ma potrebbe costituire una svolta decisiva in numerose applicazioni della RV. Si tratta di una speciale tuta che avvolge l’intero corpo dell’utente consentendogli di ricevere feedback di carattere tattile a seconda di ciò che accade nell’ambiente virtuale. Quelle appena indicate rappresentano dunque le principali periferiche di cui si servono gli utilizzatori di questa tecnologia.