Fase OR 5 – Nuove tecnologie su piattaforme inerziali
Luigi Iozzoli
Società: Assing S.p.A.
Fase OR 5 – Nuove tecnologie su piattaforme inerziali
5.1 Analisi del Documento di “requisiti utente” per rispettare le esigenze degli utenti inesperti riguardo alle elaborazioni necessarie al posizionamento spaziale di misure multisensoriali.
Studio per l’individuazione di piattaforme consumer
È stata effettuata una ricerca di mercato per individuare piattaforme “consumer” già disponibili sul mercato, integrabili o complementari che potranno essere utilizzate per allestire uno strumento WD (Wearable Device) idoneo alla fruizione, da parte dei turisti inesperti, del territorio. Con il termine Wearable Device (dispositivi indossabili) ci si riferisce all’abbigliamento e agli accessori che incorporano computer e tecnologie elettroniche avanzate. La tecnologia indossabile risponde alle esigenze della cosiddetta “ubiquitous computing” e cioè la necessità di disporre di dispositivi computerizzati ovunque, nelle nostre esperienze di vita quotidiana, e delinea le basi per l’apertura di uno scenario tecnologico in cui viene superata la necessità di utilizzare il tradizionale personal computer.
La radicale discontinuità che questa visione introduce risiede tanto nel voler modificare le condizioni della presenza, nella vita delle persone, degli strumenti che elaborano informazioni, quanto nell’intento di assegnare a tali strumenti compiti e funzioni che si rendano meno invadenti nei confronti degli utenti, operando quindi con un grado di relativa autonomia. I progressi della microelettronica e delle telecomunicazioni, che avanzano parallelamente all’integrazione dei vari sistemi tecnologici e alla tendenza verso un networking diffuso, consentono di concepire un mondo in cui l’individuo non debba più avere il peso della gestione diretta e continua dei dispositivi di calcolo. Questi, infatti, oltre a poter dialogare con l’utente, sono immersi in un ambiente interconnesso che li fa dialogare tra loro, rendendo possibile l’esecuzione automatizzata di una gamma sempre crescente di operazioni.
Figura 1 – Esempio di Wearable Device (WD)
Un dispositivo indossabile è un computer che integrato nell’ambito dello spazio personale dell’utente, risulta controllato da esso, e ha costanza sia operativa che interazionale, cioè è sempre attivo ed è sempre accessibile. In particolare, si tratta di un dispositivo che è sempre nella disponibilità dell’utente, il quale può interagire con esso in qualsiasi momento, ed in qualsiasi posto anche camminando o facendo altre attività. L’aspetto più saliente di un tale dispositivo, sia esso indossabile o meno, è rappresentato dalla generalità e riconfigurabilità, ciò vuol dire che la sua funzione può essere variata ampiamente, a seconda delle istruzioni fornite per l’esecuzione di un programma. Il Wearable Device ha quindi tutte le funzionalità di un sistema informatico, ma oltre ad essere un computer, è anche particolarmente adattato a chi lo indossa. Questo è ciò che contraddistingue un dispositivo indossabile rispetto ad altri accessori indossabili, quali orologi, occhiali, radio portatili, ecc. A differenza di questi altri accessori indossabili che non sono programmabili, il computer indossabile è riconfigurabile al pari di un computer desktop o di un mainframe.
La tecnologia indossabile ha applicazioni più svariate che vanno dal monitoraggio in tempo reale dei parametri fisiologici degli atleti nelle attività sportive, alla rilevazione dei parametri fisici dell’ambiente da parte di semplici persone che passeggiano per le strade di una città. Particolare impulso allo sviluppo di tali tecnologie è stato apportato dai sensori per la rilevazione dei parametri chimico/fisici e biologici, che nel tempo hanno subito un processo di miniaturizzazione che ha permesso il loro impiego in dispositivi indossabili.
Figura 2 – Sensoristica applicabile a Wearable Device (WD)
5.2 Requisiti del sistema di posizionamento spaziale di misure multisensoriali. Confronto con i requisiti utenti e prime scelte architetturali.
Allestimento di un laboratorio integrato
Si è proceduto allo studio dell’allestimento di un laboratorio integrato per la somministrazione degli stimoli fisici in modalità ibrida reale-virtuale ed informativi in modalità virtuale. Attraverso l’utilizzo delle attrezzature presenti nel laboratorio sarà possibile adoperare i dati rilevati in campo per la riproduzione di scenari dell’ambiente virtuale.
La realtà virtuale immersiva contraddistingue l’esperienza di immersione sensoriale in quanto rappresenta una risposta in “real time” alle modificazioni dell’ambiente introdotte dall’utente. Ciò che la caratterizza è la sensazione psicologica e sensoriale, da parte dell’utente, di poter interagire in modo “naturale” con un ambiente di sintesi nelle sue dimensioni spazio-temporali. Tramite l’uso di apposite attrezzature quali casco, guanti o tuta, l’utente viene isolato dall’ambiente fisico reale per essere proiettato in una realtà di sintesi, inducendo la sensazione di essere in un altro luogo, in un “mondo” virtuale. La possibilità di interagire con movimenti di corpo, testa e arti aumenta la sensazione di presenza in quella dimensione.
Si è provveduto ad effettuare uno studio sulle strumentazioni presenti attualmente sul mercato che offrissero le più elevate performance in quanto a fruizione ed interazione dei contenuti di realtà virtuale.
1. Strumentazione per la rilevazione del movimento umano
Sensori di posizione: WorldViz PPTE (4 sensor) High Speed Position Tracker
Si tratta di un sistema di telecamere ad infrarossi che consente la rilevazione dei movimenti con un tracciamento ottico di alta qualità, in grado di coprire intervalli molto ampi (più di 50 x 50 metri) a prezzi competitivi. Le telecamere PPTE sono in grado di riprodurre in tempo reale, istante per istante il movimento di un soggetto. Con la potenza e la facilità di integrazione con gli strumenti di rendering real -time esistenti in commercio, il sistema PPT rappresenta la soluzione ideale per le applicazioni in tempo reale di Realtà Virtuale .
Figura 1 – PPTE High Speed Position Tracker
WorldViz PPT MoCap Target
Si tratta di target che vengono utilizzati nella calibrazione del sistema di inseguimento della posizione. WorldViz utilizza una tecnica ad alta velocità che consente agli utenti di calibrare il sistemi in pochi minuti. Con i sensori orientati in modo tale da ottimizzare il volume di inseguimento, viene utilizzata una piccola scheda di calibrazione a quattro punti per definire con precisione l’intero volume di inseguimento attraverso un sistema di coordinate tridimensionale XYZ.
Figura 2 – PPT MoCap Target
WorldViz Wireless 6DOF tracked hand-held wand
Si tratta di un dispositivo di input wireless 6DOF palmare per l’utilizzo con sistemi di realtà virtuale immersiva, consentendo la navigazione e l’interazione nell’ambiente virtuale. Risulta particolarmente confortevole al pari di un joystick a 5 pulsanti, intuitivo e predisposto per l’utilizzo da parte degli ipovedenti. Si basa sulla stessa tecnologia dei sistemi di motion tracking, offre una precisione elevata e un tracciamento uniforme anche durante i movimenti più rigorosi. La connessione al sistema avviene tramite tecnologia wireless.
Figura 3 – WorldViz Wireless 6DOF tracked hand-held wand
Guanto 5DT Data Glove Ultra 14 sensor
Il DataGlove è un guanto di tessuto doppio, nella cui intercapedine è collocato un circuito di fibre ottiche, in grado di comporre un’immagine tattile. Ogni fibra del DataGlove parte dal polso, corre lungo un dito e ritorna al polso per ripartire lungo un altro dito e così per cinque volte. A un capo della fibra ottica c’è un diodo luminoso, all’altro capo c’è un fototransistor che raccoglie la luce inviata dal diodo e trasforma le variazioni d’intensità luminosa in segnali elettrici che vengono trasmessi al computer.
Il guanto è in grado di rilevare la flessione di ogni singolo dito grazie ai 2 sensori per dito di cui è dotato, così come la prensione tra le dita. Il sistema si interfaccia con il computer tramite cavo collegato alla porta USB e risulta indipendente dalla piattaforma. È dotato di una funzione di autocalibrazione, risoluzione di 8-bit sia per la flessione sia per la prensione, estremo comfort, bassa deriva e un’architettura aperta.
Figura 4 – Guanto 5DT Data Glove Ultra 14 sensor
2. Strumentazione per la fruizione dei contenuti di realtà virtuale
Casco IVR: Oculus Rift (display head-mounted)
Si tratta di un casco dotato di display, montati all’altezza degli occhi, in grado di offrire un notevole senso di immersione visiva e profondità 3D stereoscopica.
Il casco Oculus Rift Development Kit 2 HMD offre caratteristiche elevate per quanto riguarda la performance visiva, la risoluzione e il design.
Le sue caratteristiche principali sono:
- schermo da 7 pollici
- campo di vista panoramico di 110° diagonale, eccellente conoscenza della situazione, visione periferica attiva ed elevato realismo
- risoluzione 1920×1080 pixel (960×1080 per occhio)
- accelerometro con tre gdl per head orientation tracker .
Figura 5 – Oculus Rift Development Kit2
Cuffie con cavo: Sennheiser HD 650
Si tratta di cuffie dalla riproduzione pura, dal suono chiaro e da ottime caratteristiche in termini di dinamica. Le cuffie HD 650 presentano una bassa distorsione armonica ed un’elevata precisione nella riproduzione del suono su tutta la gamma di frequenza. I bassi sono ben equilibrati con estrema precisione nella riproduzione. La gamma alta e media dei suoni risulta ben bilanciata e garantisce una riproduzione vocale superbamente realistica.
Figura 6 –Cuffie con cavo Sennheiser HD 650
3. Piattaforme software
WorldViz Vizard 4.x Development Edition
Il software è in grado di importare e visualizzare modelli 3D generati dai CAD più diffusi con la possibilità di personalizzare il lavoro con l’applicazione di materiali e colori diversi. Il rendering realitme offre illuminazione HDRI, soft shadows, realtime raytracing, animazioni e suoni 3D, con tecnologia sia di marker che di texture tracking. L’edizione Developer è la soluzione professionale di Worldviz che consente di creare contenuti eseguibili a tutto schermo.
Figura 7 – Interfaccia grafica WorldViz Vizard 4
5.3 Progettazione esecutiva dell’architettura di sistema e definizione del piano di sviluppo e di test.
Strumenti per la misura delle reazioni soggettive/oggettive.
Uno degli obiettivi sviluppati in questa prima fase del progetto è stato quello di scegliere e di mettere a punto gli strumenti di misurazione più efficaci per individuare in maniera attendibile ed affidabile le reazioni soggettive ed oggettive del “turista inesperto”. L’utilizzo di tali strumenti consentirà di ottenere dei parametri in grado di indicare qual è il livello di attenzione, di gradimento dello scenario e di stress a cui è sottoposto il turista che sta visitando lo scenario virtuale.
Le località turistiche ed in particolare i luoghi di interesse storico/archeologico sono luoghi ricchi di informazioni dove i visitatori arrivano e passano la maggior parte del loro tempo a esplorare il sito e ad usare la loro immaginazione per viaggiare indietro nel tempo. Molto spesso, però, assistiamo a scene in cui i visitatori, in particolar modo i più giovani, sono poco motivati, poco coinvolti ed annoiati durante le visite in luoghi di massima rilevanza storica. Tuttavia, questi luoghi hanno un enorme patrimonio di conoscenza da condividere, ma la maggior parte di questa informazione viene ristretta all’interno di piccole icone descrittive. Inoltre, laddove vi sia una visita guidata il problema è che l’informazione resta unidirezionale: dalla guida al visitatore. Un altro problema è che la quantità di oggetti e di elementi all’interno del sito risultano essere, secondo la prospettiva del visitatore, disconnessi tra di loro e senza un apparente filo rosso che li collega. Quindi, la visita risulta sfidante e talvolta stressante perché il turista non riesce a cogliere il reale significato di ciò che sta visitando, in quanto non conosce lo scopo dei singoli elementi presenti, come essi venivano usati, che funzione avevano e come erano collegati l’uno all’altro nelle attività quotidiane del passato.
Uno degli obiettivi emergenti in un’esperienza turistica è quello di “COINVOLGERE” quanto più possibile il turista. Questo è un costrutto multidimensionale che include elementi cognitivi, emotivi e comportamentali. Soprattutto in riferimento a reperti di tipo archeologico, il coinvolgimento del turista può essere ottenuto: a) conoscendo le motivazioni del turista rispetto al bene culturale da visitare e l’immagine che ne hanno; b) facendo interagire il turista con gli elementi presenti nel luogo da visitare. In questo modo l’interazione tra turista e bene culturale non è più di tipo unidirezionale (dalla guida al turista) ma bidirezionale; c) creando un ambiente che sia confortevole e poco stressante; d) facendo vedere al turista il ruolo e le funzioni di quel bene culturale nella sua epoca storica. Quindi risulta necessario per chi progetta dei sistemi di fruizione dei beni culturali misurare tali elementi ed utilizzare i dati emergenti per realizzare delle visite al bene culturale a “misura di turista”.
Per quanto riguarda l’indagine delle motivazioni del turista, gli strumenti maggiormente utilizzati in letteratura sono le interviste (inchieste o survey) ed i questionari (1). Inoltre, dall’analisi della letteratura e sulla base di studi condotti tramite l’utilizzo della Realtà Virtuale Immersiva è emerso che i parametri più indicati per cogliere le reazioni del turista sono rappresentati da: (2) livello di gradimento dello scenario visitato e degli elementi all’interno di esso; (3) indici biometrici quali: a- variazioni del battito cardiaco; b- tensione muscolare; c-conduttanza cutanea.
1. Metodi di misurazione scelti per le reazioni del turista inesperto
Gli strumenti scelti per misurare tali parametri sono elencati di seguito:
(1) Motivazioni del turista: rilevate attraverso inchieste (survey)
(2) Livello di gradimento: misurato attraverso dei questionari creati ad hoc, nei quali si chiede agli individui di indicare su una scala (ad esempio scala di Likert) da 1 a 5 quanto sono piaciuti: gli elementi visivi; gli elementi acustici. Infine viene chiesto il livello di gradimento dello scenario nel suo complesso.
| Esprima il suo grado di accordo/disaccordo rispetto alle seguenti affermazioni:
|
(3) Indici Biometrici:
a- Variabilità della frequenza cardiaca:
Una riduzione della variabilità della frequenza cardiaca indica che il visitatore è impegnato nell’elaborazione cognitiva di una serie di stimoli. Questo potrebbe portare al visitatore delle difficoltà e quindi è probabile che possa stancarsi presto. A questo punto il “Dimostratore” potrebbe ridurre gli stimoli presenti e far selezionare al visitatore quelli che più potrebbero interessargli. Inoltre, la frequenza cardiaca è comunemente usata nella ricerca sulle emozioni. La frequenza cardiaca viene di solito usata per discriminare tra emozioni piacevoli e spiacevoli. Infatti, si è osservato una decelerazione della frequenza cardiaca in risposta a stimoli emotigeni. La decelerazione è più forte in presenza di stimoli spiacevoli piuttosto che piacevoli. La misurazione può avvenire durante l’esplorazione dell’ambiente virtuale da parte dell’individuo attraverso un elettrocardiogramma (ECG).
Figura 1 – Rilevazione frequenza cardiaca nel corso di una sperimentazione in realtà virtuale
b- Tensione muscolare:
Un aumento della tensione muscolare potrebbe indicare che il livello di stress per l’individuo sta crescendo. Anche in questo caso, conoscendo l’effetto che gli elementi dello scenario hanno sulla tensione muscolare gli esperti potranno inviare dei feedback atti a tranquillizzare il visitatore.
La misurazione avviene per mezzo dell’elettromiografo. L’elettromiografo misura l’attività dei vari gruppi muscolari per fornire informazioni continue e in tempo reale sullo stato di tensione muscolare dell’individuo. I muscoli più frequentemente monitorati sono il muscolo frontale, il trapezio e i muscoli dell’avambraccio, poiché questi muscoli riflettono più di altri il grado globale di tensione dell’organismo e permettono di utilizzare solo pochi elettrodi di misura.
Figura 2 – Rilevazione tensione muscolare
c- Conduttanza cutanea:
Questa tecnica, indicata anche con la sigla GSR (Galvanic Skin Resistence), si basa sulla variazione della resistenza elettrica della pelle provocata dai diversi stimoli emozionali. Tale variazione deriva sostanzialmente dallo stato di umidità della pelle stessa dovuto all’azione delle ghiandole sudoripare sottostanti. Stimoli di tipo emozionali esterni (un rumore improvviso, un sospiro, una frase o una parola detta da qualcuno) provocano una caduta della resistenza elettrica in alcuni distretti cutanei, in particolare a livello palmare e della pianta dei piedi. Lo stesso effetto si può ottenere con stimoli emozionali interni, per esempio immaginare scene paurose, o comunque a contenuto emotivo.
Esistono sostanzialmente due tipi di attività elettrodermica, analizzabili in termini di resistenza elettrica:
1) l’attività tonica, che esprime il valore assoluto della resistenza elettrica cutanea. Il valore tonico è più alto se l’individuo è tranquillo e rilassato; se invece è agitato e nervoso, aumenta la sudorazione cutanea e si abbassa la resistenza elettrica della pelle;
2) l’attività fasica, cioè le rapide risposte transitorie provocate da stimoli prettamente emozionali, sensoriali o ideativi. Tale risposta, che prende il nome di riflesso psico-galvanico, ha una forma d’onda caratteristica con un tempo di salita di circa 1-2 secondi ed un tempo di discesa, più lungo, di circa 20 secondi. Questo effetto dipende anche dalla temperatura ambiente e tende a scomparire al di sopra dei 30°C.
La resistenza elettrica cutanea, o conduttanza (ossia quanto il passaggio di corrente viene favorito), viene misurata collocando due elettrodi sulla pelle, in genere su due dita vicine; poiché l’attività conduttiva della pelle (SCA) è dovuta all’apertura delle ghiandole sudoripare che diminuiscono la resistenza al passaggio della corrente attraverso il derma, la misura si ottiene applicando tramite gli elettrodi una debole corrente elettrica, che genera un voltaggio da cui è possibile calcolare la resistenza della pelle.
Figura 3 – Misure di conduttanza cutanea
5.4 Realizzazione del prototipo con relativi test di laboratorio.
Identificazione del sito Dimostratore
In questa fase sono stati analizzati i siti, presenti nell’area degli scavi archeologici di Pompei, per selezionare quello che successivamente rappresenterà il “Dimostratore” del progetto.
Figura 1 – Mappa degli attrattori presenti nell’area archeologica di Pompei
La selezione si è basata sulla identificazione di alcune caratteristiche di tipo logistico, fisico e storico.
I criteri di selezione dell’attrattore da selezionare sono basati principalmente sui seguenti aspetti:
– Il sito deve presentarsi in uno stato di buona conservazione dei luoghi (ad esempio, l’integrità delle pareti, soffitto e l’accesso senza ostacoli);
– Il sito deve presentare spazi potenzialmente adatti all’allestimento in loco dei sistemi di IVR (es. almeno 2.5m2 di spazio calpestabile e 2m di altezza, nessuna esposizione dei luoghi scelti agli agenti atmosferici.
– Il sito deve rappresentare un ambiente dove la multisensorialità degli stimoli percepiti dall’avventore rappresenta un elemento fondamentale.
Quest’ultimo criterio ha rappresentato il punto di partenza per la prima selezione dei siti e per la scelta dei successivi sopralluoghi in situ.
I luoghi che sono stati selezionati appartengono alla categoria delle case-botteghe. Tali tipologie di attrattori rappresentano potenziali scenari per il “Dimostratore” da selezionare, in cui stimoli sensoriali multipli possono essere riprodotti sia in fase di costruzione dello scenario che in fase di valutazione.
1. Attrattori analizzati
Fullonica Stephani
La Fullonica Stephani era una lavanderia dove si potevano lavare le stoffe ma anche tingerle o lavorarle.
L’attività dei lavandai (i fullones) a Pompei era molto importante: vi erano tredici officine adibite alla lavorazione della lana grezza; sette provvedevano alla tessitura e alla filatura, nove si occupavano della tintura, a diciotto era affidato il compito del lavaggio.
La fullonica Stephani venne ricavata dalla ristrutturazione di un’abitazione preesistente: il livello inferiore fu destinato all’attività lavorativa, mentre quello superiore all’asciugatura dei panni e all’abitazione. Qui si trovava l’impluvio trasformato in vasca per il lavaggio delle stoffe. Gli ambienti infatti erano coperti da un terrazzo su cui venivano stesi i panni lavati. Altre tre vasche comunicanti e cinque cosiddetti bacini pestatoi si trovavano nel peristilio. Il lavaggio avveniva in varie fasi. Prima si pestavano i tessuti con i piedi nei bacini pestatoi dentro a una miscela composta da acqua e soda o urina, entrambe sostanze sgrassanti poiché abbondano di ammoniaca. Poi venivano ammorbiditi con argilla o terra, battuti con l’ausilio della pressa per ricondensarne la trama e infine risciacquati in acqua per eliminare le sostanze fulloniche.
Figura 2 – L’ingresso e l’impluvium
Figura 3 – Vista delle vasche per il lavaggio
Officina Coactillaria
Questo edificio era un laboratorio di feltrai e purtroppo finora conosciamo solamente la facciata dipinta con divinità e ricca di informazioni sull’ars coactiliaria ovvero la produzione di stoffe tramite strofinamento e pressatura di peli di animali e lana. Probabilmente il follatore di cui ci è rimasto il nome era anche il gestore della conceria limitrofa: da questo possiamo dedurre che esisteva un legame tra l’industria della lana e quella del cuoio. La facciata e l’ingresso erano protetti da una tettoia. La facciata era decorata sia con divinità che con scene popolari. Vengono raffigurati infatti tre uomini nell’atto di lavorare: possiamo così osservare come era fatta un officina di questo tipo. Al centro c’era il forno con due bacinelle per raccogliere la sostanza coagulante che nel forno veniva preparata.
La sostanza viene versata sulla lana già pettinata che può quindi essere impastata.
Figura 4 – Ingresso dell’officina Coactillaria
La bottega del fruttivendolo Felix
E’ chiamata in questo modo per la presenza di una insegna elettorale al suo ingresso. La bottega presenta un bancone rivestito in laterizi in superficie. Presenta due buchi per il posizionamento delle assicelle dei palchetti dove veniva la mercanzia.
Figura 5 – La bottega del fruttivendolo Felix
Il panificio di Modesto
Il Panificio di Modesto (il Pristinum) è una costrizione che risale al II sec. a.C., ristrutturata dopo il terremoto del 62 d.C., in una casa-bottega, in cui il pianterreno fu adibito ad ambienti produttivi, mentre la originaria funzione residenziale si trasferì soltanto al primo piano.
In questo edificio, l’hortus (il giardino) era stato sfruttato per ospitare gli impianti per la macinazione del grano e per la lavorazione e la cottura del pane, dove erano presenti: i bacini per l’acqua, il forno e le macine realizzate in lava su basamento. Ulteriori due sostegni in pietra, venivano utilizzati come appoggi per far riposare il pane prima dell’infornata, mentre un ulteriore ambiente fungeva da cucina.
Figura 6 – I forni
Figura 7 – Impianti di macinatura del grano
Thermopolium I.IV.27
I thermopolia erano tipici locali della città di Pompei dove venivano serviti bibite e alimenti caldi dove i gli avventori potevano pranzare fuori casa (il prandium). Il complesso tipico è piuttosto semplice; un ambiente che si apre sulla strada, dotato di bancone di distribuzione di muratura, sovente decorato, nel quale erano incassate le giare (dolia) che contenevano la merce. A volte, in locali retrostanti era possibile sedersi e gustarsi il pranzo. Il thermopolium I.IV.27 presenta un bancone a due bracci dipinto con attributi bacchici e rivestito in laterizi in superficie, sul bancone sono incassate due dolia.
Figura 8 – Thermopolium I.IV.27
Casa di Sallustio
Essa presenta al piano terra una locale con un focolaio e dei gradini per appoggiare le misure dei liquidi e 6 anfore per conservare alimenti e bevande (vino, olio, salamoia). Tale locanda si trova a lato dell’ingresso della casa, e fa supporre che con la crisi successiva al terremoto l’abitazione fosse stata in parte adibita alle funzioni di lucro.
Figura 9 – Pian terreno adibito alla vendita della casa di Sallustio.