Che cosa sono la Realtà Virtuale e la Realtà Aumentata, raccontato con una mini-serie TV

• “Societing4.0 – Che cosa sono le tecnologie 4.0″ è una miniserie per capire le principali tecnologie 4.0 (Robotica all’Intelligenza Artificiale, dalla Stampa 3D alla Realtà Aumentata/Virtuale, dai Big Data all’Internet delle cose) e per dare maggiore consapevolezza e strumenti critici sulla loro applicazione a cittadini curiosi, PMI, studenti e insegnanti.
• Per ciascuna tecnologia le telecamere dei giovani ricercatori entrano nei laboratori dell’Università Federico II dove sono studiate le tecnologie e dove sei luminari rispondono alle domande dei ragazzi, sotto la direzione scientifica del Professore Alex Giordano.

I giovani ricercatori del Dipartimento di Scienze Sociali dell’Università di Napoli Federico II hanno intervistato Giuseppe Di Gironimo, Professore di Modellazione Geometrica e Prototipazione Virtuale presso il Dipartimento di Ingegneria Industriale della Federico II di Napoli, e responsabile del laboratorio IDEAinVR (Interactive Design and Ergonomics Applications in Virtual reality). Puoi guardare la video-intervista integrale sul portale di Rai Scuola a questo link.

Il Prof. Giuseppe Di Gironimo nel fare il punto sulla pervasività delle tecnologie di realtà aumentata e virtuale sembra riscontrare ormai pochi limiti: “Quelli che erano limiti 10 anni fa, oggi li abbiamo già abbondantemente superati, grazie soprattutto allo sviluppo di dispositivi hardware in particolare schede grafiche, processori sempre più potenti che consentono di effettuare calcoli sempre più rapidamente. Per cui, non ci sono limiti sul ‘cosa’ simulare”, tuttavia aggiunge: “c’è sempre bisogno di un uomo che sappia interpretare i dati di quella simulazione in maniera corretta, facendo appello alle sue competenze, con il suo ingegno, con la sua dottrina e con il suo disegno, come ci insegna Martini Francesco Di Giorgio”. Interessante il suo punto di vista anche sull’accessibilità: “Qualche anno fa, questa tecnologia era proibitiva in termini di costo, cioè era inaccessibile per le piccole e medie imprese […] Una grande mano l’abbiamo data noi con le università perché abbiamo potuto usufruire di finanziamenti pubblici per riuscire a studiare e fare ricerca su queste tecnologie […] Il fatto che oggi queste tecnologie costino sempre meno ha avvicinato le piccole imprese anche all’acquisizione della tecnologia e non più solo all’acquisizione delle competenze e quindi abbiamo la possibilità, anche in piccole aziende, di poter sfruttare queste tecnologie“. Poi aggiunge “Sicuramente oggi, l’Italia che ha tante risorse turistiche e archeologiche e agro alimentare deve sfruttare tanto queste risorse e applicare queste tecnologie per realizzare progetti che consentano una loro migliore fruizione, e sarebbe da criminali non farlo”.

Approfondimenti su Realtà Virtuale e Realtà Aumentata

A cura dei giovani ricercatori dell’Università degli Studi di Napoli Federico IIL’Augmented Reality (Realtà Aumentata, o AR) consiste nell’implementazione di informazioni generate tramite computer le quali vengono sovrapposte e aggiunte agli oggetti del mondo concreto, arricchendo in maniera multisensoriale gli stimoli percettivi sperimentati dall’individuo. Con l’impiego di questa tecnologia si migliora l’interazione con l’ambiente e con i sistemi di produzione, permettendo di mostrare, attraverso visori o tablet, delle informazioni relative ad un oggetto reale semplicemente inquadrandolo. Nelle applicazioni industriali le informazioni possono riguardare, ad esempio, le condizioni di funzionamento o le istruzioni operative di montaggio, uso e manutenzione di un prodotto o di un sistema di produzione.La Virtual Reality (Realtà Virtuale, o VR) consiste nella simulazione di un’esperienza immersiva in un ambiente digitalmente prodotto. Essa si differenzia dalla AR in quanto permette di “immergersi” in un mondo completamente digitale e slegato da quello esterno e fisico. L’accesso a questo mondo digitale è reso possibile da visori e da accessori (come joypad, sistemi di tracking, guanti) sviluppati appositamente per interagire e “vivere” all’interno della Realtà Virtuale.Il punto di partenza per entrambe le tecnologie AR e VR è un modello tridimensionale del prodotto o processo, costruito in ambienti di modellazione CAD 3D, e sistemi di visualizzazione basati su schermi o visori, potenziati dall’utilizzo di dispositivi indossabili che permettono di navigare realisticamente nel modello ed interagire con esso attraverso opportuni feedback sensoriali.Le tecnologie della Realtà Virtuale e della Realtà Aumentata costituiscono oggi un importantissimo elemento nel settore industriale. Non a caso, esse sono entrate a far parte della lista delle tecnologie abilitanti dell’Industry 4.0, cioè quegli strumenti hardware e software e quelle tecniche che – in stretta correlazione l’una con l’altra, creando un vero e proprio ecosistema tecnologico – sono alla base della Quarta Rivoluzione Industriale. In particolare, AR e VR svolgono un ruolo primario per il miglioramento delle condizioni di ergonomia e sicurezza in una fabbrica e per il raggiungimento di sempre più elevati livelli di qualità del prodotto finalizzati al soddisfacimento di bisogni reali della società in cui viviamo.Giuseppe di Gironimo, Professore di Disegno e Metodi dell’Ingegneria Industriale presso il Dipartimento di Ingegneria Industriale dell’Università Federico II, responsabile del centro MARTE (Misure Avanzate in Realtà virTualE) presso il CESMA-Unina e del Laboratorio IDEAinVR (Interactive Design and Ergonomics Applications in Virtual reality) nonché membro del Comitato Tecnico Scientifico del Consorzio CREATE (Consorzio di Ricerca per l’ Energia, l’ Automazione e le Tecnologie dell’ Elettromagnetismo), si occupa di Realtà Virtuale sin dal 1999, anno in cui, sull’esempio di paesi come la Germania, anche l’Italia inizia a rincorrere questa nuova tecnologia. Di Gironimo sostiene che è possibile osservare la progettazione industriale sulla base dei suoi tre elementi costitutivi fondamentali, distinti ma strettamente correlati tra di loro: l’ingegno, la dottrina e il disegno. Coloro che operano nell’ambito dell’ingegneria, infatti, devono essere prima di tutto dotati d’ingegno. Questo deve però necessariamente essere incanalato, attraverso specifici studi, con un’opportuna dottrina. A loro volta, ingegno e dottrina devono essere sintetizzati attraverso il disegno: tale termine si riferisce ad una rappresentazione grafica realizzata a partire da una specifica competenza, in grado di comunicare delle informazioni accurate e approfondite, che uniscono il fattore artistico e quello tecnico al fine di ottimizzare le possibilità di comprensione.Prima dei modelli virtuali– che costituiscono l’output più attuale ed avanzato della disciplina del disegno- vi erano i modelli 3D i quali, rispetto alla ancora precedente tecnica del disegno 2D in scala, permettono una comprensione molto più approfondita degli oggetti e del loro comportamento e consentono di conseguenza la realizzazione di prodotti in tempi più rapidi e con più alti livelli di qualità, irraggiungibili- se non addirittura inconcepibili- prima dell’introduzione di tali tecnologie.LEGGI ANCHE: Che cos’è l’Additive Manufacturing, spiegato con una mini-serie TV

Il funzionamento di VR e AR

La Realtà Virtuale, quindi, ha lo scopo di ricreare tramite un computer mondi e oggetti che sono la trasposizione digitale di ambienti reali o di fantasia. La Realtà Aumentata, invece, consiste nella sovrapposizione di immagini digitali a immagini reali. Il funzionamento di queste tecnologie, sempre secondo il parere di Di Gironimo- che per il suo lavoro e la sua esperienza in questo campo rappresenta un interlocutore privilegiato- si basano su quattro ingredienti principali: il fotorealismo; la grafica in tempo reale; l’immersione; l’interattività. Il fotorealismo consiste nella riproduzione più esatta possibile delle immagini. Questa componente è particolarmente importante quando AR e VR vengono applicate nel settore industriale, poiché permette una sperimentazione più accurata ed efficace dei modelli virtuali. Uno dei parametri principali per l’elaborazione delle immagini è infatti la qualità visiva dei risultati, per cui si utilizzano specifici programmi di rendering e ray tracing. Il fotorealismo ha costituito in ambito sperimentale un ostacolo significativo, per via dei tempi e dei costi di realizzazione di queste immagini. Al giorno d’oggi, ad ogni modo, è molto più semplice procurarsi tali tecnologie e realizzare questi prodotti, grazie all’innovazione nel settore dei calcolatori e dei processori e al consequenziale abbassamento dei costi. La grafica in tempo reale è essenzialmente la fluidità dell’ambiente prodotto digitalmente e dei suoi cambiamenti di stato sulla base, ad esempio, dei cambiamenti di stato del nostro corpo nel mondo fisico. La fluidità dello scenario virtuale si consegue quando il sistema nervoso dell’utente viene ingannato in maniera esatta (una sorta di versione più innovativa di ciò che accade nel caso del montaggio cinematografico). Il sistema è quello di riprodurre le specifiche immagini ad una velocità superiore a quella che è la permanenza dell’immagine sulla retina. Per conseguire questo risultato, è evidente, occorrono capacità di calcolo molto elevate e schede grafiche estremamente performanti. La qualità dell’immersione– caratteristica basilare delle tecnologie AR e VR- è una qualità insita nello specifico sistema di output o visualizzazione, oggi esistente in varie forme: ad esempio i più user-friendly smartphone e televisori, ma anche i più tecnici powerwall (larghi schermi ad altissima risoluzione composti da una matrice di altri display) e CAVE (Cave Automatic Virtual Environment, un ambiente immersivo di realtà virtuale in cui le immagini vengono proiettate su tutte le pareti di una stanza cubica).L’immersione è direttamente dipendente dalla stereoscopia: tale termine si riferisce alla modalità di visione binoculare (a due occhi) che ci permette la percezione visiva delle tre dimensioni. La visualizzazione stereoscopica, dunque, prevede la visualizzazione in contemporanea di due immagini (una per occhio). In una delle varie tecniche di realizzazione della stereoscopia- quella che viene detta visione stereoscopica attiva- vengono utilizzati degli occhiali ad otturatori i quali, al posto delle tradizionali lenti, hanno impiantati dei filtri a cristalli liquidi. Le immagini, quindi, vengono mostrate in sequenza sullo schermo, alternando i frame destinati all’occhio destro e quelli destinati all’occhio sinistro in maniera continua e ripetuta. Allo stesso tempo, viene inviato un segnale agli occhiali in modo che questi possano oscurare l’occhio cui di volta in volta non è rivolta l’immagine. Ovviamente per realizzare questa tecnologia- il cui risultato è quello di un’elevata definizione grafica- c’è bisogno di macchine e sistemi di elaborazione molto veloci.Infine, vi è l’ingrediente dell’interattività, il quale caratterizza l’esperienza risultante dalle tecnologie di Realtà Virtuale e Aumentata trasformando queste in dei media del tutto rivoluzionari. Gli scenari di AR e VR, infatti, non si limitano a sfruttare la visione stereoscopica per far sì che l’individuo si ritrovi in una condizione di immersione in questi ambienti: essi, infatti, sono sviluppati anche per prestarsi ad un’interazione con l’utente. Tutto ciò al fine di restituire un’esperienza cognitiva importante e portare l’utente oltre il semplice ruolo di spettatore. L’interattività, da un punto di vista tecnico, viene realizzata tramite sistemi di tracciamento e manipolazione, che consentono ad esempio di catturare in tempo reale il movimento spaziale di un corpo fisico e di elaborarlo al computer.

Realtà aumentata, realtà virtuale e industry 4.0

È comune associare le tecnologie in grado di realizzare e riprodurre scenari di Realtà Virtuale e Realtà Aumentata all’universo dell’entertainment. Dal mondo del cinema a quello del gaming, infatti, tali tecnologie sono ormai da decenni sfruttate in maniera notevole e significativa al fine di rendere l’esperienza del fruitore più performante possibile. Oggi però queste tecnologie possono essere associate anche al cuore del settore industriale, in particolare se si parla dell’Industry 4.0, la quale è da inquadrare come una realtà non più tanto appartenente al futuro, ma piuttosto al presente.Industry 4.0 significa non solo aumentare l’efficienza dei processi, ottimizzando il funzionamento delle componenti industriali attraverso la digitalizzazione. Tale espressione infatti indica una vera e propria ridefinizione dei confini del settore dell’industria. Questa ridefinizione è, sostanzialmente, basata sui cyber-physical systems (sistemi informatici in grado di interagire in maniera autonoma e funzionale con il sistema fisico che lo accoglie o in relazione a cui opera), il cui meccanismo risulta nell’embedding di mondo reale e virtuale (si parla infatti di embedded reality, per indicare la condizione di pervasività di questo processo).Tecnologie come l’AR  e la VR, dunque, che rappresentano anche un crocevia tecnologico tra ingegneria ed entertainment, sono fondamentali in questa ridefinizione di confini e di paradigma. Non a caso oggi si parla di Human o User Centred Design, indicando con questa espressione il design elaborato sulla base delle preferenze e delle attese dei consumatori. Si tratta di modelli derivati dalla disciplina, di matrice nipponica, definita come Kansei Engineering: tale termine si traduce con l’espressione ‘ingegneria delle emozioni’ e vuole indicare lo sviluppo di prodotti e servizi a partire dai bisogni e dalle esigenze psicologiche del consumatore o dell’utente, le quali vengono traslate all’interno del product design. L’implementazione dei sistemi di Realtà Virtuale e Aumentata, dunque, costituisce un significativo passo in avanti verso questa direzione.