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Un tuffo nell’universo reale-virtuale della realtà aumentata (*)

Andrea Zingoni

Università di Pisa
Dipartimento di Ingegneria dell’Informazione
(andrea.zingoni@ing.unipi.it)

(*peer reviewed)

ABSTRACT
La realtà aumentata costituisce senza dubbio una delle più interessanti frontiere della tecnologia, data la vastità dei campi in cui trova impiego e la relativa semplicità di realizzazione di molte delle sue applicazioni.
In questo contributo, il lettore verrà inizialmente introdotto al concetto di realtà aumentata, attraverso un’analisi delle sue finalità e delle sue caratteristiche. Successivamente, per comprenderne meglio il potenziale innovativo, tale concetto verrà confrontato e messo in relazione con altri concetti affini, noti da più tempo (come quello di realtà virtuale).
Verranno quindi presentate le principali problematiche legate allo sviluppo delle applicazioni di realtà aumentata e le relative soluzioni, andando a vedere, in particolare, quali sono gli strumenti e le tecniche specifiche di questo ambito.
Infine, verrà esposta una panoramica dettagliata dei principali campi in cui la realtà aumentata trova impiego, mostrando anche quali sono le applicazioni pratiche più interessanti, già sviluppate o in fase di sviluppo.

Curriculum vitae
 

Andrea Zingoni si è laureato col massimo dei voti in Ingegneria delle Telecomunicazioni all’Università di Pisa nell’a.a. 2011/2012 con una tesi sull’utilizzo della realtà aumentata nel campo della chirurgia assistita dal computer, frutto dell’attività di ricerca compiuta a EndoCAS, Centro di Eccellenza dell’Università pisana. Sempre presso EndoCAS, ha vinto nel 2013 una borsa di ricerca su tematiche inerenti al lavoro di tesi. Nello stesso anno è risultato vincitore di una borsa di studio e approfondimento presso il Dipartimento di Ingegneria dell’Informazione della stessa Università, dove svolge tuttora attività di ricerca in elaborazione delle immagini, computer vision, telerilevamento e termografia a infrarossi. Nel 2008 ha collaborato con l’Università di Pisa al progetto e-learning TRIO della Regione Toscana, per la creazione di corsi di formazione on-line.

 
1. “Aumentare” la realtà
L’espressione “realtà aumentata” –augmented reality (d’ora in avanti AR)-, intesa col significato attuale, è stata coniata agli inizi degli anni ’90 da due ricercatori della Boeing Company, Tom Caudell e David Mizell [Caudell e Mizell, 1992], con riferimento alla percezione visiva che si otteneva mediante un congegno di loro invenzione –un casco sul quale erano stati montati due visori-, che, indossato dai piloti di aereoplano, era in grado di mostrare dati relativi alle procedure di volo e di atterraggio, pur senza ostruire la normale visione del mondo reale, permettendo così di incrementare quest’ultima con alcune informazioni aggiuntive.
L’AR si riferisce dunque a un arricchimento della realtà mediante informazioni virtuali di diverso tipo e formato (grafico, testuale, sonoro ecc.), che permette di accrescere la percezione sensoriale oltre i suoi normali limiti, consentendo così una migliore e più approfondita conoscenza del reale.
Normalmente consideriamo realtà ciò che abbiamo di fronte, ciò che vediamo con i nostri occhi e, più in generale, ciò che sperimentiamo con i nostri sensi. Non per questo però, possiamo ritenere non reale tutto ciò che non riusciamo a cogliere direttamente attraverso la percezione sensoriale. Per esempio, davanti a una scatola chiusa contenente un libro, i nostri occhi ci suggeriscono di essere in presenza di un contenitore, ma non possono dirci cosa esso contenga o, addirittura, se contenga effettivamente qualcosa; non per questo il libro al suo interno può considerarsi non reale, è semplicemente parte di una realtà che non possiamo sperimentare in modo immediato, senza cioè aprire la scatola e verificare. Insomma, la realtà per sua natura non è in grado di raccontarsi completamente ai nostri sensi in modo diretto, ma fornisce soltanto una parte limitata delle informazioni che possono esserci utili.
Per poter ottenere tali informazioni, siamo costretti a recuperarle in altro modo. Se trovandoci a Pisa e guardando la Torre volessimo sapere quanto è alta, dovremmo metterci a sfogliare una guida della città o recarci a un punto di informazione turistica per domandarlo. Si viene così a creare una sorta di gap tra ciò che si può conoscere immediatamente attraverso i cinque sensi e ciò che si può sapere in più con l’aiuto di altri mezzi.
L’evoluzione dell’Information Technology (IT) ha consentito, nel corso degli anni, di ridurre progressivamente questo gap, soprattutto grazie al miglioramento dei sistemi e delle piattaforme di controllo e alla diffusione di internet, anche su dispositivi portatili come tablet e smartphone. Tramite questi, per esempio, davanti alla Torre di Pisa non avremo più bisogno di una guida o di trovare un punto di informazione turistica, basterà semplicemente connetterci alla rete e cercare ciò che desideriamo sapere, con un’evidente riduzione dei tempi e della semplicità dell’operazione.
L’AR consente di compiere il passo mancante, arrivando a colmare completamente il gap, grazie all’utilizzo di dati virtuali, che vanno a collocarsi all’interno del contesto reale. L’utente può così ottenere informazioni aggiuntive in modo diretto e immediato, semplicemente sperimentando (guardando, ascoltando...) ciò che gli interessa. Riprendendo l’esempio della Torre di Pisa, con uno smartphone dotato di un’applicazione AR è sufficiente guardare il monumento per conoscerne immediatamente l’altezza
-inquadrandolo attraverso la telecamera dello smartphone, apparirebbe sullo schermo con l’informazione cercata sovraimpressa-.
Il processo cognitivo viene così ridotto al minimo, sia per quanto riguarda i tempi sia per quanto riguarda la sua complessità.
1.1. Il Reality-Virtuality Continuum
Abbiamo visto come l’AR consista nel mixare informazioni appartenenti a due “mondi” diversi, quello reale e quello virtuale, col risultato che “ambiente reale e virtuale sembrano coesistere e l’utente si può muovere liberamente nella scena, con la possibilità, altresì, di interagire con essa. Tutto ciò deve essere ovviamente elaborato in maniera ottimale, ovvero in maniera tale che l’utente abbia la percezione di una singola scena nella quale il reale ed il virtuale sono due entità indistinguibili” [Aloisio e De Paolis, 2007]. Si viene così a creare una sorta di “mondo intermedio” tra la realtà e la virtualità, che, in generale, prende il nome di “realtà mixata” -mixed reality (d’ora in avanti MR)-, al cui interno si trova l’AR.
Milgram e Kishino, ai quali appartiene anche la paternità del termine MR, collocano realtà e virtualità non in due universi separati, ma in un unico universo in cui è possibile passare gradualmente dall'una all'altra senza soluzione di continuità, muovendosi nello spazio della MR [Milgram e Kishino, 1994]. È il concetto del Reality-Virtuality Continuum, ben riassunto dal diagramma di Milgram (figura 1): all’estremo sinistro del Continuum si trova la realtà, tutto ciò che possiamo percepire con il solo uso dei cinque sensi e con cui possiamo interagire direttamente; all’estremo destro si trova invece la realtà virtuale -virtual reality (d’ora in avanti VR)-, ovvero un mondo di oggetti non tangibili, generati con modelli e simulazioni e visibili soltanto attraverso dispositivi elettronici (monitor, visori immersivi...), un mondo dove niente di ciò che si percepisce è realmente esistente e tutto è ricostruito mediante computer; tra i due estremi, si colloca la MR, che, come abbiamo detto, si riferisce a qualunque tipo di fusione, tra ambienti/oggetti reali e ambienti/oggetti virtuali.


Figura 1: Diagramma di Milgram, che mostra il continuum tra reale e virtuale.
 

Se ci muoviamo da sinistra verso destra, lasciando il campo del reale ed entrando nella MR, incontriamo l’AR, dove reale e virtuale coesistono, ma dove la realtà ha un ruolo predominante rispetto ai dati virtuali aggiuntivi; proseguendo ulteriormente verso destra, si ha un progressivo aumento dei dati virtuali a discapito di quelli reali e pian piano si abbandona l’AR per entrare nell’ambito della “virtualità aumentata” -augmented virtuality (d’ora in avanti AV)-, dove coesistono ancora dati reali e virtuali, ma dove, adesso, sono i secondi ad essere predominanti, mentre i primi si limitano ad incrementare con qualcosa di realmente esistente un ambiente completamente ricostruito. Quando i dati reali saranno stati completamente sostituiti da quelli virtuali, arriveremo, infine, alla VR.
Dal confronto con VR e AV, emergono più chiaramente gli obiettivi dell’AR. Mentre le prime due mirano sostanzialmente a sostituirsi (del tutto o in parte) alla realtà, l’AR parte proprio da questa, prefiggendosi di aumentarne la percezione. Se dunque nel caso di VR e AV si ha una maggiore possibilità creativo-inventiva, nel caso dell’AR si riesce a mantenere un più solido legame con la realtà; in tal modo, viene lasciato all’uomo un margine di azione più ampio, aprendo così un vasto orizzonte di possibili applicazioni.

2. Strumenti e tecniche per applicazioni AR

Lo sviluppo della tecnologia AR è strettamente legato ai progressi dell’IT e, di fatto, non è un caso che il maggiore incremento delle sue potenzialità si sia registrato in questi ultimi anni, nel pieno del boom dell’elettronica, dell’informatica e delle telecomunicazioni.
Le tecniche e gli strumenti propri dell’AR devono però in parte discostarsi da quelli “classici” dell’IT (come per esempio un computer dotato di uno schermo e di un controller), ben adatti invece alla VR, o meglio, devono integrare questi con altri più specifici, in grado di rispondere alle esigenze di applicazioni dove non è più un sistema digitale ad avere il completo controllo di tutto, ma vengono a incontrarsi due mondi diversi, ognuno con le proprie regole, mondi che devono coesistere in modo coerente, per essere percepiti in una forma utile all'utente.
Per comprendere meglio la necessità di tecnologie specifiche vediamo, di seguito, di quali esigenze deve tener conto un’applicazione AR.

• Poter acquisire immagini reali e virtuali: prima di mettere insieme materiale reale e virtuale è ovviamente necessario raccoglierlo in un formato che ne permetta una veloce e corretta elaborazione in funzione del successivo passo di fusione.
• Poter collocare gli oggetti virtuali nell’ambiente reale in modo coerente e preciso (in gergo tecnico, operare la “registrazione” della scena reale e di quella virtuale): poiché, come già accennato, ci troviamo di fronte a due mondi che seguono regole diverse, è indispensabile definire e attuare una strategia che consenta di collocare gli oggetti virtuali esattamente nel luogo e nella posizione che vogliamo che essi assumano nella scena reale, indipendentemente dal punto di vista con cui la si osserva.

• Essere in grado di evitare sfasamenti temporali tra la scena reale e gli oggetti virtuali collocati al suo interno (problema della latenza): poiché l’utente deve percepire una realtà verosimile, è assolutamente necessario che, nel momento in cui avvenga uno spostamento relativo tra lui e la scena reale, gli oggetti virtuali siano in grado di seguire quest’ultima in tempo reale, senza ritardi né movimenti a scatti.
• Poter visualizzare la scena mixata in una forma fruibile per l’utente: il formato dell’immagine finale mixata deve essere riproducibile sul dispositivo AR scelto per la specifica applicazione.
Le tecnologie AR nascono e si sviluppano proprio per venire incontro a queste esigenze.

Per quanto riguarda l’acquisizione del materiale reale e virtuale, vi sono due tipi differenti di approccio: nel video see-through le immagini reali vengono acquisite tramite una o più videocamere e inviate ad un computer, che si occupa di fonderle con gli oggetti virtuali, dopodiché l’immagine mixata viene visualizzata su un monitor; nell’ optical see-through, invece, l’immagine reale è acquisita direttamente dall’occhio umano (come nel normale processo di visione) e viene mixata con il materiale virtuale su schermi semitrasparenti, che permettono cioè sia di vedere il mondo esterno sia di visualizzare oggetti virtuali processati e inviati da un computer, come avviene per un normale monitor.
Per quanto riguarda la visualizzazione, dato che essa include oggetti virtuali, non si può prescindere dall’utilizzo di un monitor. Vi sono però varie tipologie di monitor, che spaziano da quelli semplici dei computer, a quelli dei dispositivi portatili di nuova generazione come gli smartphone e i tablet, che permettono all’utente di muoversi nel mondo esterno e avvicinano così l’AR all’esperienza di tutti i giorni, agli head-mounted display (HMD), visori composti da uno o due piccoli schermi, indossabili come un caschetto o, addirittura, come comuni occhiali, che, oltre a consentire la mobilità dell’utente, hanno il vantaggio di fornire una sensazione di immersione nell'ambiente (figura 2). In particolare, utilizzando un HMD a due schermi, è possibile ricreare la visione tridimensionale anche nell’AR creando così una percezione simile in tutto e per tutto a quella della realtà.

Figura 2: Un HMD con tecnologia optical see-through
(modello SAABtech – AddVisor 150).

Il problema della registrazione viene affrontato mediante strumenti e tecniche di geolocalizzazione  della scena reale e/o di localizzazione di alcuni oggetti al suo interno, che permettono di ricavare le coordinate dei punti in cui devono essere posizionati gli oggetti virtuali. Anche in questo caso vengono utilizzate diverse strategie: la più economica consiste nell’uso di una telecamera (anche una normalissima webcam) e di tecniche di computer vision  (CV), in grado di riconoscere alcuni punti salienti (che si trovano in corrispondenza di oggetti dotati di particolari feature, inseriti appositamente nella scena o già presenti naturalmente) nelle immagini acquisite e di utilizzarli per creare un sistema di riferimento per gli oggetti virtuali, all’interno del mondo reale. Un’altra strategia, di più semplice utilizzo ma che prevede l’impiego di apparecchiature più costose, è quella di usare sistemi GPS -global positioning system- e IMU -inertial measurement unit-, i quali, montati sui dispositivi di acquisizione/visualizzazione delle immagini reali, consentono di determinarne automaticamente la posizione (i primi) e l’orientazione (i secondi) nel mondo esterno, in modo tale da sapere sempre dove andare a collocare gli oggetti virtuali, senza bisogno di utilizzare complessi algoritmi di CV. Infine, volendo massimizzare il risultato, pur accettando un netto innalzamento dei costi, è possibile ricorrere a tracker commerciali dedicati, cioè a sistemi pensati e implementati con l’unico fine di localizzare i dispositivi di acquisizione/visualizzazione delle immagini reali e/o particolari oggetti presenti nella scena (si segnalano in particolare i tracker che utilizzano sistemi attivi di localizzazione come radar e lidar, probabilmente gli strumenti migliori in commercio quanto a precisione e affidabilità).
È opportuno ribadire che la strumentazione specifica appena descritta si avvale dell’indispensabile apporto della tecnologia informatica “classica”, la quale controlla l’intero processo di gestione del materiale virtuale, creando, elaborando e fondendo con la realtà i modelli, i dati e gli oggetti di questo tipo.

3. Campi di utilizzo dell’AR e applicazioni di oggi e di domani
Da quanto visto nel paragrafo precedente, emerge un punto di forza fondamentale dell’AR, ovvero la capacità di fornire un’ampia gamma di soluzioni che consentono, all’occorrenza, di abbattere i costi o di aumentare le potenzialità. Questo fattore accresce sensibilmente la versatilità della tecnologia AR, che può dunque spaziare da applicazioni “per tutti”, utilizzate nella vita quotidiana, ad applicazioni di precisione, pensate per settori specifici.
Vediamo alcuni dei principali campi in cui essa trova o sta trovando impiego e, per ciascuno di essi, quali siano le applicazioni più importanti .
Applicazioni in ambito militare
Per ragioni “storiche”, il primo campo da citare è quello militare, poiché è da qui che lo sviluppo dell’AR ha avuto inizio. Le principali applicazioni riguardano la simulazione delle missioni, che avviene mediante la proiezione di target virtuali nell'ambiente reale (figura 3a), e il supporto tecnico-logistico, attraverso la sovrapposizione real-time sugli oggetti reali di interesse, di informazioni relative all’ambiente circostante, allo schieramento delle forze amiche e ai possibili pericoli, rappresentate in modo da arrivare all’utente nella forma più intuitiva possibile (figura 3b).

    (a)                                                                                                                               (b)
Figura 3: Applicazioni in ambito militare dell’AR per la simulazione delle missioni (a)
–simulatore Umbra, Sandia National Laboratories- e per il supporto tecnico-logistico (b)

 

Uno strumento tipico delle applicazioni in questo campo è l’HMD, in quanto, nel caso delle simulazioni, permette una sensazione di immersione completa che le avvicina alla realtà, nel caso del supporto alle missioni, lascia totale libertà di movimento ai soldati.

Applicazioni per il training
Quanto detto sulla simulazione di missioni militari è estendibile in generale a qualsiasi tipo di simulazione. La possibilità di far apparire oggetti virtuali -che consentono di ricreare con facilità contesti difficilmente riproducibili nella realtà- e/o indicazioni sulle azioni da compiere –che consentono di guidare a distanza l’utente- all’interno di un ambiente reale nel quale l'uomo può interagire, rende l’AR adeguata a ogni tipo di allenamento. Gli esempi spaziano dal soccorso allo sport, all’aeronautica, all’industria... fino ad ambiti più vicini all’esperienza quotidiana, come il simulatore di taglio di capelli Air-Hair sviluppato presso il Tokyo Institute of Technology (figura 4).
 

Figura 4: Air-hair, applicazione AR per il training degli aspiranti parrucchieri, sviluppata
presso il Tokyo Institute of Technology.

Applicazioni nel marketing e nel commercio
La sua natura coinvolgente rende l’AR uno strumento di marketing allettante. La fusione dei due mondi permette di far entrare in quello reale i contenuti virtuali propri della pubblicità, che, non più mediati da televisori, riviste o cartelloni, interagiscono ora direttamente con l’utente. L’AR si rivela utile anche per il consumatore, perché gli fornisce informazioni aggiuntive sul prodotto da acquistare o, addirittura, gli permette di “guardare” dentro la confezione senza bisogno di aprirla; citiamo a titolo di esempio le numerose app per smartphone e tablet che, in un supermercato, guidano l’utente verso il prodotto di suo interesse (per esempio mediante frecce virtuali), segnalano dove si trova la merce in offerta (tramite l’apparizione di banner informativi accanto agli scaffali) e forniscono tutte le informazioni desiderate su ciò che si vuole acquistare (per esempio mediante l’apparizione di menù a tendina sulle confezioni dei prodotti), il tutto solamente inquadrando con la telecamera del dispositivo l’interno del negozio (figura 5).

Figura 5: Applicazione per smartphone di ausilio allo shopping, progettata da IBM.

Applicazioni per l’insegnamento in presenza e per l’e-learning.
Molto interessante è anche l’utilizzo dell’AR in ambito didattico. Ai già citati aspetti riguardanti l’alto grado di coinvolgimento e di interattività, che consentono di mantenere più alto il livello di concentrazione dello studente e di utilizzare i canali di apprendimento più efficaci, si affianca la possibilità di creare simulazioni e modelli virtuali del fenomeno da spiegare, sia nell’insegnamento in presenza che nell’e-learning. Ciò si rivela particolarmente utile nelle scienze naturali, nella chimica e nella fisica: per spiegare l’anatomia di un organo, per esempio, si può sovrapporre una sua immagine virtuale al corpo dello studente, nell’esatto punto in cui quell’organo si trova, aggiungendo banner che ne spieghino le funzioni fisiologiche; oppure, durante una lezione di astronomia, è possibile far apparire in mezzo all’aula un modello del sistema solare, in modo tale che l’insegnante, durante la spiegazione, possa indicare direttamente un pianeta o tracciarne l’orbita; modelli 3D di atomi e molecole possono invece essere impiegati nelle lezioni di chimica, permettendo di affrancarsi da rappresentazioni bidimensionali e statiche su libro o lavagna, di ben più difficile interpretazione. Ma anche in altre discipline, come per esempio nell’insegnamento delle lingue straniere, si può trarre grande vantaggio dall’utilizzo dell’AR, anche nei corsi a distanza: ricreando oggetti e situazioni virtuali con cui lo studente può entrare in contatto, si riduce il divario tra la ormai obsoleta lezione frontale (in presenza o a distanza) e la full immersion. Facciamo inoltre notare che, nello specifico ambito della didattica, non è richiesta una strumentazione particolarmente complessa e costosa; semplici PC dotati di telecamera permettono di spalancare un universo in cui l’unico limite rimane la fantasia dell’insegnante.

Applicazioni per l’architettura, il design e l’arredamento
Poter sovrapporre modelli tridimensionali virtuali di oggetti verosimili (che simulano cioé oggetti realmente esistenti) su un ambiente reale ha il pregio di consentire agli utenti di visualizzare il mondo esterno come se tali oggetti fossero realmente presenti. Un campo in cui tale possibilità viene pienamente sfruttata è l’architettura. Con l’avvento dei programmi di progettazione assistita dal computer –come per esempio AutoCAD-, l’architetto, alla fine del suo lavoro, ha a disposizione proprio un modello 3D virtuale della struttura da realizzare; poterla visualizzare direttamente sul sito reale dove essa dovrà essere costruita, permette di valutarne, da qualsiasi punto di vista e in modo rapido e diretto, l’impatto visivo che avrà sul territorio circostante, come se fosse già stata costruita e non soltanto “immaginata”.

Figura 6: Applicazione AR di IKEA per la scelta degli arredamenti domestici.

Ciò vale anche per il design e l’arredamento: grazie all’AR, l’utente interessato ad arredare un ambiente non ha bisogno di immaginare quale sia il colore migliore per le pareti, quale tipo di mobilia scegliere o come collocarla, perché, attraverso lo schermo di un tablet, può visualizzare la casa come se fosse già arredata e cambiare con un click ciò che non è di suo gusto. Un esempio eloquente di questo tipo di tecnologia è l’app lanciata di recente da IKEA, capace di connettersi al database dei prodotti e mostrarli direttamente dentro l’ambiente di casa, invece che su un catalogo cartaceo (figura 6).

Applicazioni per l’archeologia e i beni culturali
Come nell’architettura, nel design e nell’arredamento, l’AR può essere sfruttata assai proficuamente anche nell’archeologia e nei beni culturali. É possibile infatti ricreare antiche città o scenari direttamente in situ, sovrapponendo la ricostruzione virtuale di edifici e monumenti sulle loro attuali rovine (figura 7). Tale approccio consente un’immersione totale nel periodo storico di interesse, migliorandone notevolmente la comprensione.

Figura 7: Ricostruzione virtuale di un tempio antico all’interno
del contesto reale presente.

Applicazioni nel campo della moda
Modelli virtuali di abiti, scarpe, collane, orologi ecc. si possono sovrapporre alla persona interessata all’acquisto affinché li provi senza bisogno di indossarli realmente. Applicazioni di questo tipo iniziano ad essere presenti in numerose boutique, migliorando i tempi e le modalità di prova dei prodotti.

Applicazioni per sistemi di manutenzione e controllo industriale
Il controllo di processi industriali complicati e la manutenzione di apparecchiature sofisticate è generalmente affidata a operai altamente specializzati, capaci di utilizzare consolle complesse e non intuitive o di agire esattamente nel luogo e nel punto che presenta guasti o usura. Tale tipo di personale può essere molto costoso ed è spesso carente anche all’interno di industrie grandi con sedi dislocate in varie parti del mondo. Grazie all’AR questo problema è facilmente superabile in quanto un unico operaio specializzato può guidare a (qualunque) distanza personale non specializzato, non solo via audio, ma anche con materiale visivo virtuale di supporto (frecce, target, icone, immagini...) sovraimpresso alle apparecchiature reali (figura 8), per esempio attraverso un comodo HMD.

Figura 8: Esempio di utilizzo dell’applicazione implementata da ScopeAR per la guida a distanza durante l’esecuzione di una procedura di manutenzione di un apparecchio industriale; si notino la mano e la chiave inglese virtuali che guidano l’utente in modo intuitivo.

Il personale non specializzato diventa dunque semplicemente il “braccio”, fisicamente presente sul posto, di un “cervello” che guida a distanza i procedimenti da eseguire.

Applicazioni in ambito medico-chirurgico
Il campo della medicina è stato ed è tuttora uno degli ambiti di ricerca sull’AR più promettente. Alla base delle molteplici possibilità offerte, sta la capacità di visualizzare direttamente sul corpo modelli tridimensionali di strutture anatomiche e alterazioni patologiche, costruiti a partire da immagini radiologiche specifiche del paziente in esame (figura 9), nonché qualsiasi altra informazione utile ai fini di una diagnosi o di un intervento chirurgico.

Figura 9: Fusione di un’immagine (virtuale) a raggi X renderizzata e di una scena reale
che crea un effetto di “visione trasparente” attraverso la gamba del paziente
–TUM, Fakultät für Informatik-

Gli effetti visivi realistici che si ottengono con l’AR facilitano la comprensione del problema, la formulazione della diagnosi e la pianificazione/esecuzione di un eventuale intervento (si pensi al superamento delle difficoltà di coordinazione occhio-mano che si hanno durante gli interventi di chirurgia mininvasiva, dovute al fatto che il medico ha le mani in un luogo fisico -il corpo del paziente- differente da quello in cui guarda -uno schermo-), fornendo una sorta di visione “trasparente” del corpo del paziente. Sono indubbi inoltre i benefici nel training chirurgico e nell’insegnamento. Le possibilità comunque non si esauriscono con questo tipo di applicazione; recenti studi sono stati fatti sulla cura delle fobie mediante AR immersiva e su tecniche di riabilitazione mediante sovrapposizione allo spazio reale di punti di riferimento virtuali che guidano i pazienti con problemi di mobilità.

Applicazioni per il turismo
L’esempio della Torre di Pisa del paragrafo 1, mostra chiaramente i vantaggi dell’AR nel turismo. La diffusione esponenziale di tablet e smartphone, che tramite GPS e IMU integrati sono in grado di geolocalizzare l’ambiente circostante e tramite la telecamera di rappresentarlo sullo schermo, ha già dotato un alto numero di persone di strumenti perfetti per applicazioni AR su scala geografica: tutte le informazioni richieste possono essere recuperate e sovraimposte ai monumenti e ai luoghi di interesse, limitando così al massimo -come già detto- i tempi e le difficoltà che comporterebbe ricavarle in altro modo.

Applicazioni per l’intrattenimento
La possibilità di far comunicare tra loro reale e virtuale apre la strada a nuove forme di intrattenimento in cui il soggetto si sente maggiormente coinvolto rispetto a quanto accade nella VR.

Applicazioni per la vita di tutti i giorni
Alle soluzioni pensate per ambiti specifici, si affianca una lunga lista di applicazioni pensate per fornire informazioni riguardo ai piccoli grandi problemi di tutti i giorni: orari di chiusura e apertura di un ufficio, disponibilità e prezzo di alcuni prodotti in un determinato negozio, percorsi dei mezzi di trasporto, ubicazione della propria autovettura in un grande parcheggio, condizioni del traffico stradale, previsioni meteo ecc.

Figura 10: Tipica app AR per smartphone di ausilio all’orientamento in città.

La tecnologia tipica di questo genere di applicazioni è l’app per tablet/smartphone (figura 10), data la portabilità e la diffusione di tali dispositivi, ma nuove soluzioni più mirate sono in corso di sviluppo e saranno disponibili sul mercato a breve; prima su tutte quella dei Google Glass (figura 11a), visori indossabili con tecnologia optical see-through, che, unendo le potenzialità del principale motore di ricerca web con alcune delle migliori soluzioni sviluppate per l’AR, rappresentano probabilmente il massimo punto di integrazione di mondo reale e informazioni virtuali. Per dare un’idea delle più moderne frontiere, citiamo infine un interessantissimo prototipo sviluppato da General Motors, che consta di un parabrezza dotato di tecnologia optical see-through, sul quale è possibile mixare reale e virtuale in modo coerente, grazie all’uso di sensori dislocati in specifici punti dell’autovettura; su di esso possono essere sovrapposti i dati tipici di un navigatore satellitare, così come le informazioni relative agli edifici circostanti, ma anche immagini di ausilio alla guida, come per esempio indicatori di carreggiata in caso di scarsa visibilità o segnalatori di distanza di oggetti e autovetture (figura 11b).

(a)                                                                                                           (b)
Figura 11: Due prototipi di applicazioni AR di futura uscita sul mercato: i Google Glass (a)
e un parabrezza AR sviluppato da General Motors

 [1] Per geolocalizzazione si intende il procedimento di identificazione della posizione geografica nel mondo reale di una scena o di un singolo oggetto.

[2] La computer vision (CV) è quella branca dell’informatica e dell’automazione che si occupa sostanzialmente di “dotare di vista” un elaboratore elettronico, ovvero di provare a riprodurre (ed eventualmente migliorare) all’interno di un computer ciò che avviene normalmente nel processo di visione -e di conseguente riconoscimento del mondo esterno- degli esseri umani. Tipiche tematiche di cui si occupa la CV sono il riconoscimento di oggetti, l’individuazione di bersagli, la ricostruzione tridimensionale, il riconoscimento facciale, ecc.

[3]Data l’enorme versatilità dell’AR e la velocità del suo sviluppo, una catalogazione esaustiva dei campi di impiego e delle applicazioni inerenti a ognuno di essi risulta pressoché impossibile; ci imiteremo dunque ad elencare solamente ambiti e soluzioni più caratteristici.

Bibliografia e Sitografia

Aloisio G., De Paolis L.T., La realtà aumentata in chirurgia, Atti del VII Convegno nazionale Tecnico-Scientifico sulle Applicazioni della Modellizzazione, Simulazione e Realtà Virtuale, Roma 2007.
Caudell T.P., Mizell D., Augmented reality: an application of heads-up display technology to manual manufacturing processes, Proceedings of XXV Hawaii International Conference on System Sciences, Kauai 1992.
Johansson R.S. et al., Eye-hand coordination in object manipulation, “The Journal of Neuroscience”, 2001.
Milgram P., Kishino F., A taxonomy of mixed reality visual displays, IEICE Transactions on Information and Systems, vol. E77-D n.12, 1994.
Min-Chai H., Hao-Chiang K.L., A conceptual study for augmented reality e-learning system based on usability evaluation, CISME vol.1 n.8 2011 pp.5-7, 2011.

 

http://umbra.sandia.gov
http://www.gm.com
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http://www.saabgroup.com
http://www.scopear.com
http://www.titech.ac.jp

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