Leopoli-Cencelle beyond virtual reality Documentazione, interpretazione e comprensione di una città medievale

La città medievale di Leopoli-Cencelle (fondata da Papa Leone IV nell‘854 d.C. non lontano da Civitavecchia) è stata oggetto di studio e di periodiche campagne di scavo a partire dal 1994. Le stratigrafie investigate con metodi tradizionali, hanno portato alla luce le numerose trasformazioni che la città ha subìto nel corso della sua esistenza in vita. Case, torri, botteghe e strati di vissuto, sono stati interpretati sin dall’inizio dello scavo basandosi sulla documentazione tradizionale e bi-dimensionale, legata al dato cartaceo e al disegno. Il presente lavoro intende re-interpretare i dati di scavo con l’ausilio delle tecnologie digitali. Per il progetto sono stati utilizzati un laser scanner, tecniche di Computer Vision e modellazione 3D. I tre metodi sono stati combinati in modo da poter visualizzare tridimensionalmente gli edifici abitativi scavati, con la possibilità di sovrapporre semplici modelli 3D che permettano di formulare ipotesi differenti sulla forma e sull’uso degli spazi. Modellare spazio e tempo offrendo varie possibilità di scelta, permette di combinare i dati reali tridimensionali, acquisiti con un laser scanner, con semplici modelli filologici in 3D e offre l’opportunità di valutare diverse possibili interpretazioni delle caratteristiche dell’edificio in base agli spazi, ai materiali, alle tecniche costruttive. Lo scopo del progetto è andare oltre la Realtà Virtuale, con la possibilità di analizzare i resti e di re-interpretare la funzione di un edificio, sia in fase di scavo che a scavo concluso. Dal punto di vista della ricerca, la possibilità di visualizzare le ipotesi sul campo favorisce una comprensione più profonda del contesto archeologico. Un secondo obiettivo è la comunicazione a un pubblico di “non-archeologi”. Si vuole offrire a normali visitatori la possibilità di comprendere e sperimentare il processo interpretativo, fornendo loro qualcosa in più rispetto a una sola ipotesi definitiva.

Developing a methodology for co-creation using extended reality technologies.

Amid the remarkable growth of innovative technologies, particularly immersive technologies like Extended Reality (XR) (comprising of Virtual Reality (VR), Augmented Reality (AR) & Mixed Reality (MR)), a transformation is unfolding in the way we collaborate and interact. The current research takes the initiative to explore XR’s potential for co-creation activities and proposes XR as a future co-creation platform. It strives to develop a XR-based co-creation system, actively engage stakeholders in the co-creation process, with the goal of enhancing their creative businesses. The research leverages XR tools to investigate how they can enhance digital co-creation methods and determine if the system facilitates efficient and effective value creation during XR-based co-creation sessions. In specific terms, the research probes into whether the XR-based co-creation method and environment enhances the quality and novelty of ideas, reduce communication challenges by providing better understanding of the product, problem or process and optimize the process in terms of reduction in time and costs. The research introduces a multi-user, multi-sensory collaborative and interactive XR platform that adapts to various use-case scenarios. This thesis also presents the user testing performed to collect both qualitative and quantitative data, which serves to substantiate the hypothesis. What sets this XR system apart is its incorporation of fully functional prototypes into a mixed reality environment, providing users with a unique dimension within an immersive digital landscape. The outcomes derived from the experimental studies demonstrate that XR-based co-creation surpasses conventional desktop co-creation methods and remarkably, the results are even comparable to a full mock-up test. In conclusion, the research underscores that the utilization of XR as a tool for co-creation generates substantial value. It serves as a method that enhances the process, an environment that fosters interaction and collaboration, and a platform that equips stakeholders with the means to engage effectively.

La Ricostruzione 3D di Bologna nel XVI Secolo

Il lavoro presentato ha come oggetto la ricostruzione tridimensionale della città di Bologna nella sua fase rinascimentale. Tale lavoro vuole fornire un modello 3D delle architetture e degli spazi urbani utilizzabile sia per scopi di ricerca nell’ambito della storia delle città sia per un uso didattico-divulgativo nel settore del turismo culturale. La base del lavoro è una fonte iconografica di grande importanza: l’affresco raffigurante Bologna risalente al 1575 e situato in Vaticano; questa è una veduta a volo d’uccello di grandi dimensioni dell’intero tessuto urbano bolognese all’interno della terza cerchia di mura. In esso sono rappresentate in maniera particolareggiata le architetture civili e ecclesiastiche, gli spazi ortivi e cortilivi interni agli isolati e alcune importanti strutture urbane presenti in città alla fine del Cinquecento, come l’area portuale e i canali interni alla città, oggi non più visibili. La ricostruzione tridimensionale è stata realizzata tramite Blender, software per la modellazione 3D opensource, attraverso le fasi di modellazione, texturing e creazione materiali (mediante campionamento delle principali cromie presenti nell’affresco), illuminazione e animazione. Una parte della modellazione è stata poi testata all’interno di un GIS per verificare l’utilizzo delle geometrie 3D come elementi collegabili ad altre fonti storiche relative allo sviluppo urbano e quindi sfruttabili per la ricerca storica. Grande attenzione infine è stata data all’uso dei modelli virtuali a scopo didattico-divulgativo e per il turismo culturale. La modellazione è stata utilizzata all’interno di un motore grafico 3D per costruire un ambiente virtuale interattivo nel quale un utente anche non esperto possa muoversi per esplorare gli spazi urbani della Bologna del Cinquecento. In ultimo è stato impostato lo sviluppo di un’applicazione per sistemi mobile (Iphone e Ipad) al fine di fornire uno strumento per la conoscenza della città storica in mobilità, attraverso la comparazione dello stato attuale con quello ricostruito virtualmente.

Riabilitazione e valutazione di pazienti con deficit neurologici mediante l'utilizzo di realtà virtuale, feedback aumentati, sensori inerziali e tecnologie video a basso costo.

La neuroriabilitazione è un processo attraverso cui individui affetti da patologie neurologiche mirano al conseguimento di un recupero completo o alla realizzazione del loro potenziale ottimale benessere fisico, mentale e sociale. Elementi essenziali per una riabilitazione efficace sono: una valutazione clinica da parte di un team multidisciplinare, un programma riabilitativo mirato e la valutazione dei risultati conseguiti mediante misure scientifiche e clinicamente appropriate. Obiettivo principale di questa tesi è stato sviluppare metodi e strumenti quantitativi per il trattamento e la valutazione motoria di pazienti neurologici. I trattamenti riabilitativi convenzionali richiedono a pazienti neurologici l’esecuzione di esercizi ripetitivi, diminuendo la loro motivazione. La realtà virtuale e i feedback sono in grado di coinvolgerli nel trattamento, permettendo ripetibilità e standardizzazione dei protocolli. È stato sviluppato e valutato uno strumento basato su feedback aumentati per il controllo del tronco. Inoltre, la realtà virtuale permette l’individualizzare il trattamento in base alle esigenze del paziente. Un’applicazione virtuale per la riabilitazione del cammino è stata sviluppata e testata durante un training su pazienti di sclerosi multipla, valutandone fattibilità e accettazione e dimostrando l'efficacia del trattamento. La valutazione quantitativa delle capacità motorie dei pazienti viene effettuata utilizzando sistemi di motion capture. Essendo il loro uso nella pratica clinica limitato, una metodologia per valutare l’oscillazione delle braccia in soggetti parkinsoniani basata su sensori inerziali è stata proposta. Questi sono piccoli, accurati e flessibili ma accumulano errori durante lunghe misurazioni. È stato affrontato questo problema e i risultati suggeriscono che, se il sensore è sul piede e le accelerazioni sono integrate iniziando dalla fase di mid stance, l’errore e le sue conseguenze nella determinazione dei parametri spaziali sono contenuti. Infine, è stata presentata una validazione del Kinect per il tracking del cammino in ambiente virtuale. Risultati preliminari consentono di definire il campo di utilizzo del sensore in riabilitazione.

Design of mobility infrastructures to promote sustainability and accessibility of urban areas

This doctoral dissertation represents a cluster of research activities carried out at the DICAM Department of the University of Bologna during a three-year Ph.D. course. The goal of this research is to show how the development of an interconnected infrastructure network, aimed at promoting accessibility and sustainability of places, is fundamental in a framework of deep urban regeneration. Sustainable urban mobility plays an important role in improving the quality of life of citizens. From an environmental point of view, a sustainable mobility system means reducing fuel discharges and energy waste and, in general, aims to promote low carbon emissions. At the same time, a socially and economically sustainable mobility system should be accessible to everybody and create more job opportunities through better connectivity and mobility. Environmentally friendly means of transport such as non-motorized transport, electric vehicles, and hybrid vehicles play an important role in achieving sustainability but require a planned approach at the local policy level. The aim of this study is to demonstrate that, through a targeted reconnection of road and cycle-pedestrian routes, the quality of life of an urban area subject to degradation can be significantly improved just by increasing its accessibility and sustainability. Starting from a detailed study of the European policies and from the comparison with real similar cases, the case study of the Canal Port of Rimini (Italy) has been analysed within the European project FRAMESPORT. The analysis allowed the elaboration of a multicriterial methodology to get to the definition of a project proposal and of a priority scale of interventions. The applied methodology is a valuable tool that may be used in the future in similar urban contexts. Finally, the whole project was represented by using virtual reality to visually show the difference between the before and after the regeneration intervention.

Design and Development of a Research Framework for Prototyping Control Tower Augmented Reality Tools

The purpose of the air traffic management system is to ensure the safe and efficient flow of air traffic. Therefore, while augmenting efficiency, throughput and capacity in airport operations, attention has rightly been placed on doing it in a safe manner. In the control tower, many advances in operational safety have come in the form of visualization tools for tower controllers. However, there is a paradox in developing such systems to increase controllers' situational awareness: by creating additional computer displays, the controller's vision is pulled away from the outside view and the time spent looking down at the monitors is increased. This reduces their situational awareness by forcing them to mentally and physically switch between the head-down equipment and the outside view. This research is based on the idea that augmented reality may be able to address this issue. The augmented reality concept has become increasingly popular over the past decade and is being proficiently used in many fields, such as entertainment, cultural heritage, aviation, military & defense. This know-how could be transferred to air traffic control with a relatively low effort and substantial benefits for controllers’ situation awareness. Research on this topic is consistent with SESAR objectives of increasing air traffic controllers’ situation awareness and enable up to 10 % of additional flights at congested airports while still increasing safety and efficiency. During the Ph.D., a research framework for prototyping augmented reality tools was set up. This framework consists of methodological tools for designing the augmented reality overlays, as well as of hardware and software equipment to test them. Several overlays have been designed and implemented in a simulated tower environment, which is a virtual reconstruction of Bologna airport control tower. The positive impact of such tools was preliminary assessed by means of the proposed methodology.

Application of augmented reality in craniofacial surgery: a feasibility study

Augmented Reality (AR) is a novel promising technology, which is gaining success in the medical field. A number of applications in surgery have been described, but few studies have been focusing on pediatric craniofacial surgery. In this research project, the Authors have been implementing a system for intraoperative surgical navigation by means of HoloLens 2 by Microsoft, applied to pediatric craniofacial surgery. The Authors tested the device in a preclinical setting first, and then moved to patients. The Authors assessed the accuracy of the HoloLens 2 by performing 36 procedures in vitro on a printed 3D model of a patient. In clinical setting, 10 patients were prospectively enrolled in the study. The virtual surgical planning was designed for each patient and uploaded onto the software which allows for the AR interface and the standard neurosurgical navigator. For each patient, the surgeon has been drawing osteotomy lines both under the guidance of HoloLens2 and of the neurosurgical navigator. The Author then checked the accuracy with calibrated CAD CAM cutting guides with different grooves, in order to assess the accuracy of the osteotomies performed. We tested levels of accuracy of ±1.5 mm and ±1mm . In the preclinical setting, the HoloLens 2 performed with levels of accuracy of 1.5 mm, whereas in the real setting, surgeons were able to trace the osteotomy lines under the AR guidance for an amount of 45% (0.4 SD) of the entire line, with an accuracy level of ±1.5 mm. This percentage lowers to 34% (0.4 SD) when assessing accuracy level of ±1 mm. The results of the same tasks for the standard navigator are 36% and 16%, for ±1.5 mm and ± 1 mm accuracy level, respectively. The Authors reported encouraging results both in the preclinical and the clinical setting.