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.

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.

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.

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.

Virtual commissioning of automatic machines for mesh panels manufacturing

The purpose of this thesis is to present the concept of simulation for automatic machines and how it might be used to test and debug software implemented for an automatic machine. The simulation is used to detect errors and allow corrections of the code before the machine has been built. Simulation permits testing different solutions and improving the software to get an optimized one. Additionally, simulation can be used to keep track of a machine after the installation in order to improve the production process during the machine’s life cycle. The central argument of this project is discussing the advantage of using virtual commissioning to test the implemented software in a virtual environment. Such an environment is getting benefit in avoiding potential damages as well as reduction of time to have the machine ready to work. Also, the use of virtual commissioning allows testing different solutions without high losses of time and money. Subsequently, an optimized solution could be found after testing different proposed solutions. The software implemented is based on the Object-Oriented Programming paradigm which implies different features such as encapsulation, modularity, and reusability of the code. Therefore, this way of programming helps to get simplified code that is easier to be understood and debugged as well as its high efficiency. Finally, different communication protocols are implemented in order to allow communication between the real plant and the simulation model. By the outcome that this communication provides, we might be able to gather all the necessary data for the simulation and the analysis, in real-time, of the production process in a way to improve it during the machine life cycle.

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.

L’efficacia dei programmi di teleriabilitazione nel trattamento post-chirurgico di spalla: una revisione sistematica della letteratura

Background: Attualmente, diversi approcci riabilitatavi vengono proposti per il miglioramento del dolore e della funzione a seguito di intervento chirurgico alla spalla. La teleriabilitazione si è rivelata una valida alternativa per l’erogazione dei servizi riabilitativi a distanza: grazie all’utilizzo delle tecnologie di telecomunicazione, è possibile fornire consulenza, valutazione, monitoraggio, intervento e educazione, superando le barriere geografiche, temporali, sociali ed economiche. Obiettivo: Lo scopo della revisione è valutare le prove di efficacia presenti in letteratura in merito all’utilizzo della teleriabilitazione per il miglioramento funzionale dei pazienti operati di spalla. Metodi: La revisione è stata redatta secondo la checklist del PRISMA statement. La ricerca è stata condotta da aprile a settembre 2022, consultando le banche dati Cochrane Library, PubMed e PEDro. La ricerca è stata limitata a studi primari sperimentali e quasi, con full-text reperibile in lingua italiana o inglese e senza limiti temporali, inerenti soggetti operati alla spalla trattati con diverse modalità di teleriabilitazione. Come elemento di confronto è stato incluso qualsiasi tipo di intervento riabilitativo convenzionale. La qualità metodologica è stata valutata con la PEDro scale. Risultati: sono stati inclusi 4 RCT e 1 CCT, che hanno indagato misure di outcome relative a: dolore, mobilità articolare, forza, abilità funzionale e qualità della vita. Dall’analisi qualitativa dei risultati degli studi si è osservato che in tutti i gruppi sperimentali si sono ottenuti miglioramenti significativi negli outcome d’interesse; in due studi è stata evidenziata una superiorità statisticamente significativa della teleriabilitazione. Conclusioni: Nonostante la revisione non sia giunta a risultati generalizzabili e di validità assoluta, la teleriabilitazione ha dimostrato di essere una modalità sicura ed efficace nel miglioramento clinico e funzionale dei soggetti operati alla spalla.

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.

Realtà virtuale multiutente

L’obbiettivo di questa tesi è realizzare il prototipo di un’applicazione client-server che permetta di utilizzare in remoto applicazioni in Virtual Reality, fornendo allo stesso tempo supporto alla multiutenza. L’applicazione in realtà virtuale dovrà girare sul server, dispositivo con capacità di calcolo notevolmente superiori rispetto a quelle del client. Più utenti dovranno avere la possibilità di connettersi contemporaneamente e condividere lo stesso spazio virtuale. Il client sarà, in questo caso, un’applicazione Android che si connetterà al server e avrà il compito di mostrare all'utente l’output dell’applicazione in Virtual Reality e allo stesso tempo ricevere l’input da inviare al server. Un altro obbiettivo durante lo sviluppo del prototipo è quello di realizzare una libreria che offra le funzionalità sopraelencate, facilmente integrabile in nuovi progetti o in progetti già esistenti. Utilizzando questa struttura client-server sarà possibile sviluppare applicazioni che permettano a più persone di condividere lo stesso spazio virtuale, ognuno dal proprio punto di vista, utilizzando visori e sistemi operativi diversi.

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.

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.

Analysis and optimisation of books flow among branches through simulation: the case of Trondheim’s Public Library

Il presente lavoro di tesi verte sull’analisi e l’ottimizzazione dei flussi di libri generati tra le diverse sedi della biblioteca pubblica, Trondheim folkebibliotek, situata a Trondheim, città del nord norvegese. La ricerca si inserisce nell’ambito di un progetto pluriennale, SmartLIB, che questa sta intraprendendo con l’università NTNU - Norwegian University of Science and Technology. L’obiettivo di questa tesi è quello di analizzare possibili soluzioni per ottimizzare il flusso di libri generato dagli ordini dei cittadini. Una prima fase di raccolta ed analisi dei dati è servita per avere le informazioni necessarie per procedere nella ricerca. Successivamente è stata analizzata la possibilità di ridurre i flussi andando ad associare ad ogni dipartimento la quantità di copie necessarie per coprire il 90% della domanda, seguendo la distribuzione di Poisson. In seguito, sono state analizzate tre soluzioni per ottimizzare i flussi generati dai libri, il livello di riempimento dei box ed il percorso del camion che giornalmente visita tutte le sedi della libreria. Di supporto per questo secondo studio è stato il Vehicle Routing Problem (VRP). Un modello simulativo è stato creato su Anylogic ed utilizzato per validare le soluzioni proposte. I risultati hanno portato a proporre delle soluzioni per ottimizzare i flussi complessivi, riducendo il delay time di consegna dei libri del 50%, ad una riduzione del 53% del flusso di box e ad una conseguente aumento del 44% del tasso di riempimento di ogni box. Possibili future implementazioni delle soluzioni trovate corrispondono all’installazione di una nuova Sorting Machine nella sede centrale della libreria ed all’implementazione sempre in quest’ultima di un nuovo schedule giornaliero.