realta virtuale

realta virtuale

realtà virtuale locuz. sost. f. – La simulazione del mondo fisico (simulazione del reale) è un ambito tecnico-scientifico in cui, avvalendosi dell’informatica, dell’interfaccia uomo-macchina (HMI, Human machine interface) e di altre scienze applicate, un essere umano interagisce in prima persona, in modo naturale, con un ambiente tridimensionale di sintesi completamente creato dal computer. La r. v. è conosciuta con diversi sinonimi che ne sottendono i concetti e le tecniche di base, come ambienti virtuali (virtual environments), realtà artificiale (artificial reality), ambienti generati al computer (computer generated environments), ambienti simulati al computer (computer simulated environments), ambienti di sintesi (synthetic environments), immersione spaziale (spatial immersion), cyberspazio o spazio cibernetico (cyberspace), mondi virtuali (virtual worlds), presenza virtuale (virtual presence). Particolarmente importante nella r. v. è il senso d’immersione della persona nell’ambiente virtuale e quello d’intuitività delle attività che è possibile condurvi e che si possono ottenere agendo sul piano sensoriale e su quello psicologico allo scopo di innalzare, illusoriamente, il senso di presenza (being there). Per facilitare la percezione e l’interazione, la r. v. si avvale di una riproduzione visivamente realistica dell’ambiente tridimensionale, della naturalezza nell’interazione sia visiva sia di manipolazione, della fedeltà alla realtà nella riproduzione dei comportamenti degli oggetti dell’ambiente e delle leggi della fisica che li regolano; mentre, dal punto di vista strettamente tecnico, mira a ottenere una frequenza di aggiornamento (update rate o refresh rate) dell’intero sistema di simulazione sufficientemente alta, in modo che esso risponda con ritardo impercettibile agli stimoli dell’utente. Ulteriori stimoli sensoriali, oltre a quello visivo, vengono forniti dalla riproduzione dei suoni e dei rumori dell’ambiente e dal trasferimento alla persona di sensazioni di forza e resistenza materiale degli oggetti manipolati (force feedback, retroazione di forza): entrambi questi elementi, se opportunamente implementati, forniscono un contributo decisivo al completamento dell’esperienza percettiva virtuale e a elevare l’attendibilità dei risultati di un’applicazione di realtà virtuale. Dal momento che con la r. v. si punta all’ambizioso obiettivo di introdurre un essere umano con i suoi sensi in un ambiente che, per la durata della simulazione, diventerà per lui quello reale, si deve necessariamente tenere presente che le sue aspettative nei confronti del realismo e nella rispondenza alla realtà saranno, naturalmente, elevate. Di conseguenza se, nell’applicazione che gli si sottopone, alcuni degli aspetti citati non dovessero raggiungere un livello minimo di credibilità o di prestazioni, la persona-utente finirebbe ben presto per rifiutare l’esperienza virtuale rendendo privi di valore i relativi risultati. Coniata con tali obiettivi primari, l’espressione r. v. (o virtual reality, VR) è impiegata comunemente come sinonimo di simulazione e di visualizzazione tridimensionale, in virtù del fatto che l’aggettivo virtuale si presta a qualificare qualcosa che non esiste nella realtà e di cui si simula almeno qualche aspetto come, per es., l’apparenza visiva. L’elemento d’interazione diretta della persona con l’ambiente di sintesi è divenuto progressivamente meno vincolante, lasciando il posto alla più accessibile possibilità d’interagirvi per esplorarlo visivamente o per navigarvi in 3D. L’avvento di Internet, con la possibilità d’investigare ambienti tridimensionali in cui fare acquisti e incontrare altre persone (v. second life), e la diffusione di videogiochi tridimensionali multigiocatore, ancora una volta basati sulla comunicazione in rete ad alta velocità, hanno definitivamente affrancato la r. v. dal mondo dei laboratori e dalle applicazioni di nicchia per portarla, sia pure in forme meno complete e rigorose, in impieghi dal largo impatto sociale e mediatico.

Realtà virtuale con interfacciamento immersivo. – Il modo di stimolare sensorialmente la persona e di rilevarne i movimenti affinché gli stimoli siano coerenti con questi è affidato a dispositivi, detti di interfacciamento in realtà virtuale (VR interface devices), che possono essere di input (dall’essere umano al computer) e di output (dal computer all’essere umano). Un sistema completo prevede l’impiego delle seguenti tipologie di dispositivi d’interfacciamento: guanti digitali, o VR gloves (possono essere equipaggiati con un minimo di cinque sensori, ciascuno dei quali è destinato a rilevare la curvatura globale di un dito, fino a un massimo di oltre venti sensori, che catturano gli angoli relativi tra ogni coppia di falangi, tra le falangi prossimali e il palmo, i movimenti di abduzione delle dita e gli angoli di polso che la mano forma con l’avambraccio); sistemi di tracciamento del movimento della testa, delle mani o di tutto il corpo (si basano su tecnologie elettromagnetiche, ultrasonore ed elettroottiche, con trasmissione di segnali tra i sensori fissi, da disporre stabilmente per coprire l’area interessata, e quelli mobili da indossare e possono rilevare la sola posizione, il solo orientamento ‒ tre gradi di libertà ‒ o entrambi ‒ sei gradi di libertà ‒, in volumi di spazio di qualche decina di metri cubi); sistemi per la visualizzazione stereoscopica (per es. quale dispositivo di elezione, il casco HMD, Head-mounted display, attraverso cui sono collocati davanti agli occhi due piccoli visori che convogliano verso ciascun occhio l’immagine a esso destinata, e per il quale è interdetto con raccordi anatomici il rimanente campo visivo in modo che ciascun occhio possa vedere solo l’immagine riprodotta dal proprio visore); sistemi di sensazioni vibroacustiche e di riproduzione audio (una cuffia stereofonica, spesso integrata nel casco di visualizzazione immersiva, o sistemi compatibili con l’impiego del casco, ma adatti soprattutto agli ambienti di proiezione, quali a più diffusori sonori disposti in punti opportuni dell’ambiente, ognuno con un ruolo specifico); strumenti per trasferire sensazioni di forza (per es. tiranti, o altri impedimenti meccanici azionati dal computer, inseriti nei guanti e in grado di trattenere le dita con una forza uguale e contraria a quella esercitata per trasferire la sensazione di resistenza all’atto di afferrare e stringere un oggetto virtuale, o bracci esoscheletrici articolati in grado di fare altrettanto al palmo della mano e/o al sistema braccio-avambraccio, in questo caso pilotati non soltanto con un valore d’intensità di forza ma anche con la direzione di applicazione, in modo da impedire, selettivamente, il movimento in certe direzioni, corrispondenti a ostacoli fissi o a oggetti che, con la loro massa, oppongono resistenza meccanica, prima tra tutte la forza peso). Per specifiche applicazioni di r. v. in cui è necessario simulare il movimento per distanze superiori a quelle coperte dai sistemi di tracciamento sono utilizzati i . Per i dispositivi di r. v. con interfacciamento immersivo l’obiettivo è l’eliminazione dei cavi di connessione tra le parti indossate e il computer, al fine di arrivare a un sistema completamente wireless che faccia sentire la persona meno legata e che ne aumenti la libertà di movimento. I sistemi di tracciamento, già tendenti al wireless, si prevede elimineranno i sensori da indossare in favore di un riconoscimento delle parti da monitorare ottenuto attraverso sistemi di visione artificiale, anche per rendere più ampia l’area coperta. I guanti digitali potrebbero essere definitivamente rimpiazzati da analoghi sistemi di riconoscimento del movimento delle mani e di gesti particolari, che, a meno della possibilità di sentire riscontri vibrotattili, renderebbero estremamente intuitiva l’interazione con gli oggetti. Nei display l’obiettivo è di avere HMD che coprano interamente il campo visivo umano, di oltre 180°, con pesi, ingombri ed emissione di calore limitati per un livello di comfort atto a permetterne un impiego più lungo, e con costi non proibitivi. Inoltre anche gli HMD dovranno perdere il cordone ombelicale che li lega al computer che genera le immagini, anche se, tecnicamente, questo passo appare ancora complesso. Ulteriori progressi si attendono in altri ambiti applicativi: per es., nella , i retinal displays, minuscoli proiettori laser che proiettano l’immagine direttamente sulla retina, dovrebbero raggiungere uno sviluppo definitivo e soppiantare i visori monoculari semitrasparenti, almeno per grafica monocromatica. Proprio nella tecnologia dei display, in generale, è probabile si possa assistere a vere rivoluzioni, con dispositivi olografici volumetrici per materializzare scene e modelli tridimensionali nello spazio. Per ottenere questo risultato si dovrà necessariamente compiere un salto importante anche nel modo di generare le immagini al computer, dove l’approccio volumetrico potrà soppiantare l’attuale modo di visualizzare i modelli 3D per superfici. Sul fronte del calcolo, la crescita della potenza elaborativa permetterà di implementare simulazioni sempre più dettagliate e veritiere delle fenomenologie fisiche che regolano sia la nostra capacità d’interagire nella realtà sia il comportamento funzionale degli oggetti, in previsione di rendere gli ambienti virtuali ancora più verosimili. Sul fronte del trasferimento di sensazioni tattili e di forza, materiali innovativi permetteranno di realizzare guanti capaci di trasferire microsollecitazioni ai polpastrelli, e tute o corpetti in grado di opporre resistenza ai movimenti, per restituire efficaci effetti di force-feedback attraverso apparecchi non più onerosi in termini di peso, ingombro e vestibilità.