Disegno e sviluppo di scenari di simulazione in 3D per l'addestramento dei controllori del traffico aereo

In questo elaborato verrà illustrato il processo di realizzazione degli scenari tridimensionali utilizzati nell’addestramento dei Controllori del Traffico Aereo di aeroporto. Verrà esposto nel dettaglio il processo di modellazione al computer di scenari compatibili con il sistema Adacel™ MaxSim® attualmente utilizzato nei simulatori di ENAV Academy; verranno inoltre analizzati e descritti i processi decisionali che si affrontano prima e durante le diverse fasi di realizzazione dello scenario. Nell’illustrare i processi e le metodologie si farà riferimento all’esperienza acquisita durante la collaborazione con il team di ENAV per la realizzazione di modelli e scenari tridimensionali. In particolare, si farà riferimento allo scenario dell’Aeroporto di Ciampino in una fase di addestramento resa necessaria dal delicato passaggio dalla gestione militare alla gestione civile.

HBIM to Virtual Reality Workflow for Industrial Archaeology Immovable Assets’ Management: A Case Study

As a witness on the industrialization in Bologna, since its first generation was born in the late 1760, the Battiferro lock has been coping with the innovation that the city experienced throughout the centuries, until it has lost its functionality due to the technological development for which Bologna’s canals were gradually covered starting from the 1950s under Giuseppe Dozza ’s administration, as part of the reconstruction, reclamation and urban requalification that was carried out in the aftermath the World War II and which involved the whole city. The interest of the research carried out on this case study was primarily to reintroduce the landmark that is still intact, to what is considered to be the fourth generation of the industrial revolution, namely in the construction field, which is recognized as Construction 4.0, by means of the Historic (or Heritage) Information Modeling HBIM and Virtual Reality (VR) application. A scan-to-BIM approach was followed to create 3D as-built BIM model, as a first step towards the storytelling of the abandoned industrial built asset in VR environment, or as a seed for future applications such as Digital Twins (DT), heritage digital learning, sustainable impact studies, and/or interface with other interfaces such as GIS. Based on the HBIM product, examples of the primary BIM deliverables such as 2D layouts is given, then a workflow to VR is proposed and investigated the reliability of data and the type of users that may benefit of the VR experience, then the potential future development of the model is investigated, with comparison of a relatively similar experience in the UK.

La comunicazione attraverso la Virtual Reality

Il progetto di testi consiste in un caso di presentazione aziendale (FAAC), pensato attraverso l'utilizzo della Virtual Reality. Si tratta il percorso progettuale partendo dal Brief fino ad arrivare all'ambiente virtuale per la presentazione nelle fiere di un nuovo dissuasore mobile pensato per le infrastrutture.

Wildspace VR. Il wellness per le nuove generazioni - Studio su come la psicologia percettiva applicata alla Virtual Reality può migliorare gli effetti della Mindfulness

Dai recenti studi effettuati sulle nuove generazioni (Z e Alpha) è emerso che stress e ansia colpiscono di più i giovani che si trovano in queste fasce di età. Questa tesi, partendo dalle ricerche socio-culturali, vuole proporre una soluzione progettuale a questi problemi. Si vuole elaborare quindi un progetto sul benessere mentale attraverso la Mindfulness. Le nuove tecnologie emergenti, come ad esempio l’Extended reality, stanno trovando consenso tra le nuove generazioni. Per questo motivo è stata scelta questa tecnologia per erogare il contenuto del servizio. Si ipotizza di poter migliorare gli effetti della Mindfulness utilizzando la Psicologia Percettiva. Questo campo di studio consente di sfruttare l’alterazione della percezione nella Virtual Reality attraverso ‘Spatial Visualization’ e ‘Spatial Audio’. Queste ipotesi sono stata valutate attraverso uno studio indiretto del mercato del Wellness e consolidate attraverso una User Research. Dopo questa fase di ricerca si è valutata la strada progettuale comprendendo a fondo i bisogni del target: i giovani lavoratori. Sono stati utilizzati metodi di Design Thinking e Service Design per intraprendere il progetto, tenendo ben saldi i valori etici. Il progetto pensato, Wildspace VR, è un servizio per aziende che permette ai dipendenti di meditare con contenuti di Mindfulness in Realtà Virtuale. I contenuti proposti mirano a rispondere ai bisogni degli utenti elaborando per loro percorsi personalizzati. Le aziende traggono ricavo dal servizio avendo dipendenti profittevoli salvaguardando il loro stato di salute. L’obiettivo è aiutare i giovani lavoratori offrendogli la possibilità di praticare la Mindfulness dal luogo di lavoro grazie alla Realtà Virtuale, dando loro uno strumento per affrontare lo stress quotidiano in modo innovativo. Si è infine fatto un M.V.P. dell’esperienza, elaborando un prototipo Virtuale e stilando conclusioni ed idee per sviluppi futuri.

Laying the path to consumer-level immersive simulation environment

Since the end of the long winter of virtual reality (VR) at the beginning of the 2010 decade, many improvements have been made in terms of hardware technologies and software platforms performances and costs. Many expect such trend will continue, pushing the penetration rate of virtual reality headsets to skyrocket at some point in the future, just as mobile platforms did before. In the meantime, virtual reality is slowly transitioning from a specialized laboratory-only technology, to a consumer electronics appliance, opening interesting opportunities and challenges. In this transition, two interesting research questions amount to how 2D-based content and applications may benefit (or be hurt) by the adoption of 3D-based immersive environments and to how to proficiently support such integration. Acknowledging the relevance of the former, we here consider the latter question, focusing our attention on the diversified family of PC-based simulation tools and platforms. VR-based visualization is, in fact, widely understood and appreciated in the simulation arena, but mainly confined to high performance computing laboratories. Our contribution here aims at characterizing the simulation tools which could benefit from immersive interfaces, along with a general framework and a preliminary implementation which may be put to good use to support their transition from uniquely 2D to blended 2D/3D environments.

Progettazione e sviluppo di un RVE (Reconfigurable Virtual Environment) per applicazioni nei settori dell’ingegneria industriale

Il presente elaborato descrive la realizzazione, presso il Laboratorio di Realtà Virtuale e Simulazione della Seconda Facoltà di Ingegneria, di un RVE (Reconfigurable Virtual Environment), per applicazioni nei settori dell’ingegneria industriale. La tesi ripercorre la fase di progettazione del sistema basato sull'integrazione di componenti COTS. E' definito, inoltre, un insieme di applicazioni target nei settori dell'ingegneria industriale di cui si valuta la compatibilità con il Virtual Environment. L'elaborato si conclude con la presentazione dei risultati e dei possibili sviluppi futuri.

Mitigating non-Lambertian surfaces issues in Stereo Matching with Neural Radiance Fields

Depth estimation from images has long been regarded as a preferable alternative compared to expensive and intrusive active sensors, such as LiDAR and ToF. The topic has attracted the attention of an increasingly wide audience thanks to the great amount of application domains, such as autonomous driving, robotic navigation and 3D reconstruction. Among the various techniques employed for depth estimation, stereo matching is one of the most widespread, owing to its robustness, speed and simplicity in setup. Recent developments has been aided by the abundance of annotated stereo images, which granted to deep learning the opportunity to thrive in a research area where deep networks can reach state-of-the-art sub-pixel precision in most cases. Despite the recent findings, stereo matching still begets many open challenges, two among them being finding pixel correspondences in presence of objects that exhibits a non-Lambertian behaviour and processing high-resolution images. Recently, a novel dataset named Booster, which contains high-resolution stereo pairs featuring a large collection of labeled non-Lambertian objects, has been released. The work shown that training state-of-the-art deep neural network on such data improves the generalization capabilities of these networks also in presence of non-Lambertian surfaces. Regardless being a further step to tackle the aforementioned challenge, Booster includes a rather small number of annotated images, and thus cannot satisfy the intensive training requirements of deep learning. This thesis work aims to investigate novel view synthesis techniques to augment the Booster dataset, with ultimate goal of improving stereo matching reliability in presence of high-resolution images that displays non-Lambertian surfaces.

Advergaming e In-game advertising: Attori e contesti di una forma emergente di Internet marketing

Due nuove mode che si stanno propagando sempre più tra gli innumerevoli tentativi di realizzare nuovi formati di pubblicità on-line sono la pubblicità che diventa videogame gratuito, giocabile on-line o scaricabile, chiamata advergame, e la collocazione di pubblicità, oramai nella stragrande maggioranza dinamiche, nei videogames sopratutto di grandi software house, chiamata in-game advertising. Infatti nella società odierna i pubblicitari devono camuffare i consigli per gli acquisti per fare in modo che non vengano rifiutati. L'advergame in passato è stato lodato per il suo metodo innovativo di fare pubblicità. La sua caratteristica è la capacità di divertire e intrattenere l'utente ottenendo una connotazione non intrusiva e un effetto fidelizzante, peculiarità che fa di questo mezzo uno strumento potenzialmente molto valido. Si tratta, in parole povere, di videogames spesso multiplayer, nei quali gli scenari, gli oggetti e i personaggi evocano determinati brand o prodotti. Per quello che invece riguarda l'in-game advertising, si tratta di una forma particolarmente efficace di pubblicità che permette di ottenere dei tassi di ricordo rilevanti e che consente un elevato coinvolgimento emotivo. E' a livello della creazione degli spazi pubblicitari che si scatena la fantasia degli sviluppatori: se nei giochi sportivi basta trasporre in 3D gli spazi pubblicitari presenti solitamente nella realtà, in altre tipologie di gioco è necessario sfruttare parti dell'ambientazione o creare degli intermezzi atti allo scopo. Esempio tipico è quello di manifesti pubblicitari inseriti in spazi di gioco come le locande, soprattutto nei giochi di ruolo e nelle avventure grafiche. Gli investimenti in queste particolari forme di comunicazione, crescono a tassi elevatissimi e il business è molto allettante, non a caso le principali agenzie specializzate in materia sono state acquisite da grandi colossi: AdScape Media da Google e Massive Inc. da Microsoft. L'advergame e l'in-game advertising possono essere usati per lanciare un nuovo prodotto sul mercato, per rafforzare l'immagine del brand e per ottenere un database di utenti disposti ad essere sollecitati per ottenere in modo facile e non dispendioso riscontri su future attività di marketing. Perciò mi sono proposto di analizzare la situazione odierna del marketing, in particolare la parte che riguarda la pubblicità, i vantaggi ottenuti da questa scienza dallo sviluppo tecnologico, fattore che ha determinato la nascita dei due formati pubblicitari in esame e analizzati in seguito. Inoltre effettuerò l'analisi del fenomeno che vede i grandi colossi dell'IT tentare l'inserimento come agenzie intermediarie fra le software house da una parte e le grandi multinazionali dall'altra, queste ultime alla ricerca di nuovi canali più profittevoli dove sponsorizzare le proprie attività. Cercherò infine di capire le scelte di tutti gli attori che girano attorno a questi formati pubblicitari e i benefici che ne traggono per ipotizzare quale sarà il contesto che si andrà a delineare.

Study of Periodic and Quasi-Periodic Structures in Silicon-on-Insulator

In this thesis, a numerical design approach has been proposed and developed based on the transmission matrix method in order to characterize periodic and quasi-periodic photonic structures in silicon-on-insulator. The approach and its performance have been extensively tested with specific structures in 2D and its validity has been verified in 3D.

Small polarons in spin-orbit coupled osmates

Small polarons (SP) have been thoroughly investigated in 3d transition metal oxides and they have been found to play a crucial role in physical phenomena such as charge transport, colossal magnetoresistance and surface reactivity. However, our knowledge about these quasi-particles in 5d systems remains very limited, since the more delocalised nature of the 5d orbitals reduces the strength of the Electronic Correlation (EC), making SP formation in these compounds rather unexpected. Nevertheless, the Spin-Orbit coupled Dirac-Mott insulator Ba2NaOsO6 (BNOO) represents a good candidate for enabling polaron formation in a relativistic background, due to the relatively large EC (U ∼ 3 eV) and Jahn-Teller activity. Moreover, anomalous peaks in Nuclear Magnetic Resonance (NMR) spectroscopy experiments suggest the presence of thermally activated SP dynamics when BNOO is doped with Ca atoms. We investigate SP formation in BNOO both from an electronic and structural point of view by means of fully relativistic first principles calculations. Our numerical simulations predict a stable SP ground state and agree on the value of 810 K for the dynamical process peak found by NMR experiments.

AIRYE: Uno strumento in realtà aumentata per la produzione musicale

L’elaborato di tesi che segue si propone di ricercare una nuova linea di esperienza utente e d’interazione attraverso la tecnologia della realtà aumentata contestualizzata nel mondo della produzione musicale. La tesi analizza innanzitutto la tecnologia come strumento d’interazione, la sua storia e la sua evoluzione fino ai nostri giorni con un excursus sui campi applicativi e i device utili per avere un’esperienza completa. L’analisi prosegue attraverso un’attenta ricerca sullo stato dell’arte e sulle applicazioni di realtà aumentata nel campo della musica presenti sul mercato per giungere ad una dettagliata indagine sugli strumenti che hanno indirizzato il concept di progetto. L’output di progetto è rappresentato da un’interfaccia 2d per la parametrizzazione di alcuni settaggi fondamentali ed infine da un’interfaccia semplificata in realtà aumentata. Quest’ultima è composta prevalentemente da sliders con cui è possibile modificare dei parametri della traccia audio portando l’esperienza di produzione musicale verso una concezione democratica, semplificata e giocosa. L’obiettivo di progetto è stato quello di creare un sistema di facile utilizzo anche da parti di utenti poco esperti con i software Daw presenti sul mercato attualmente.

Analisi delle performance di sistemi di Mixed Reality cooperativi in rete locale

Siamo sempre stati abituati fin dal principio ad interagire con l’ambiente che ci circonda, utilizzando gli oggetti fisici presenti attorno a noi per soddisfare le nostre esigenze, ma se esistesse di più di questo? Se fosse possibile avere attorno a noi oggetti che non sono propriamente corpi fisici, ma che hanno un comportamento coerente con l’ambiente circostante e non venisse percepita la differenza tra essi e un vero e proprio oggetto? Ci si sta riferendo a quella che oggi viene chiamata Mixed Reality, una realtà mista resa visibile tramite appositi dispositivi, in cui è possibile interagire contemporaneamente con oggetti fisici e oggetti digitali che vengono chiamati ologrammi. Un aspetto fondamentale che riguarda questa tipologia di sistemi è sicuramente la collaborazione. In questa tesi viene esaminato il panorama delle tecnologie allo stato dell'arte che permettono di vivere esperienze di Collaborative Mixed Reality, ma soprattutto ci si concentra sulla progettazione di una vera e propria architettura in rete locale che consenta la realizzazione di un sistema condiviso. Successivamente all'applicazione di varie strategie vengono valutati i risultati ottenuti da rigorose misurazioni, per determinare scientificamente le prestazioni dell'architettura progettata e poter trarre delle conclusioni, considerando analogie e differenze rispetto ad altre possibili soluzioni.

Impossible Space circolare per favorire la locomozione naturale

In questa relazione di tesi verrà affrontato il problema della locomozione naturale in ambienti virtuali che possiedono una grandezza maggiore dello spazio reale nel quale l'utente si muove. Negli anni sono stati sviluppati numerosi metodi di navigazione, ma tra tutti la locomozione naturale è il sistema che porta un livello di immersione maggiore nello spazio virtuale, più di qualsiasi altra tecnica. In questo lavoro di tesi verrà proposto un algoritmo in grado di favorire la locomozione naturale all'interno di lunghi spazi chiusi, andando a modificare la geometria dello spazio virtuale (che andrà ad assumere una forma circolare) e mantendendo comunque un certo grado di realismo dal punto di vista dell'utente. L'obiettivo è quello di tradurre uno spazio virtuale chiuso e lungo (caso comune: un corridoio) in una forma circolare inscritta in una stanza di 2x2m, con un approccio simile a quello degli impossible spaces, con l'obiettivo di studiare in futuro entro quale percentuale di sovrapposizione l'utente si accorge di trovarsi in una geometria impossibile. Nel primo capitolo verranno introdotti i concetti chiave di VR e AR, nonché un'introduzione all'Engine Unity e al software Blender. Nel secondo capitolo si tratterà di computer graphics, quindi si introdurranno i concetti base della grafica 3D con un focus sulla matematica alla base di ogni processo grafico. Nel terzo capitolo verrà affrontano il concetto di embodiment, quindi la percezione del proprio corpo, l'importanza dell'immersitvità dei sistemi virtuali e verrà descritto un paper precedentemente realizzato riguardante tale concetto. Nel capitolo quattro si parlerà del movimento all'interno dei sistemi di realtà virtuale, della locomozione naturale e delle tecniche per rendere tale metodo più accessibile. Nel capitolo cinque infine verrà descritto l'algoritmo realizzato e verranno mostrati i risultati.

Sviluppo in Mixed Reality: i design pattern nei principali framework di sviluppo.

L'obbiettivo della seguente tesi è quello di analizzare quali sono ad oggi i migliori framework per lo sviluppo di software in Mixed Reality e studiare i design pattern più utili ad uno sviluppatore in questo ambito. Nel primo capitolo vengono introdotti i concetti di realtà estesa, virtuale, aumentata e mista con le relative differenze. Inoltre vengono descritti i diversi dispositivi che consentono la realtà mista, in particolare i due visori più utilizzati: Microsoft Hololens 2 e Magic Leap 1. Nello stesso capitolo vengono presentati anche gli aspetti chiave nello sviluppo in realtà mista, cioè tutti gli elementi che consentono un'esperienza in Mixed Reality. Nel secondo capitolo vengono descritti i framework e i kit utili per lo sviluppo di applicazioni in realtà mista multi-piattaforma. In particolare vengono introdotti i due ambienti di sviluppo più utilizzati: Unity e Unreal Engine, già esistenti e non specifici per lo sviluppo in MR ma che diventano funzionali se integrati con kit specifici come Mixed Reality ToolKit. Nel terzo capitolo vengono trattati i design pattern, comuni o nativi per applicazioni in realtà estesa, utili per un buono sviluppo di applicazioni MR. Inoltre, vengono presi in esame alcuni dei principali pattern più utilizzati nella programmazione ad oggetti e si verifica se e come sono implementabili correttamente su Unity in uno scenario di realtà mista. Questa analisi risulta utile per capire se l'utilizzo dei framework di sviluppo, metodo comunemente più utilizzato, comporta dei limiti nella libertà di sviluppo del programmatore.

Augmented Reality for Airport Control Tower: Analysis and Implementation of Safety Nets

With the development of new technologies, Air Traffic Control, in the nearby of the airport, switched from a purely visual control to the use of radar, sensors and so on. As the industry is switching to the so-called Industry 4.0, also in this frame, it would be possible to implement some of the new tools that can facilitate the work of Air Traffic Controllers. The European Union proposed an innovative project to help the digitalization of the European Sky by means of the Single European Sky ATM Research (SESAR) program, which is the foundation on which the Single European Sky (SES) is based, in order to improve the already existing technologies to transform Air Traffic Management in Europe. Within this frame, the Resilient Synthetic Vision for Advanced Control Tower Air Navigation Service Provision (RETINA) project, which saw the light in 2016, studied the possibility to apply new tools within the conventional control tower to reduce the air traffic controller workload, thanks to the improvements in the augmented reality technologies. After the validation of RETINA, the Digital Technologies for Tower (DTT) project was established and the solution proposed by the University of Bologna aimed, among other things, to introduce Safety Nets in a Head-Up visualization. The aim of this thesis is to analyze the Safety Nets in use within the control tower and, by developing a working concept, implement them in a Head-Up view to be tested by Air Traffic Control Operators (ATCOs). The results, coming from the technical test, show that this concept is working and it could be leading to a future implementation in a real environment, as it improves the air traffic controller working conditions also when low visibility conditions apply.