AR VR e interfacce aptiche: stato dell'arte e sfide future

Obiettivo di questa tesi è l’introduzione dei principali temi correlati con le tecnologie di Realtà Aumentata, Realtà Virtuale e tecnologie aptiche, cercando di darne una definizione esaustiva e definendo i principali utilizzi e illustrando alcune tecnologie esistenti. L’elaborato, in questo modo, mira a proporre una spiegazione esaustiva della Realtà Virtuale e della Realtà Aumenta, soffermandosi a valutare le differenze e le similitudini delle due tecnologie e proponendo una serie di esempi di utilizzo in ambito formativo e culturale.

Conceptualization of an Electric Compact SUV for the American and Italian Market using the IDeS Method

Electric cars are increasingly popular due to a transition of mobility towards more sustainable forms. From an increasingly green and pollution reduction perspective, there are more and more incentives that encourage customers to invest in electric cars. Using the Industrial Design and Structure (IDeS) research method, this project has the aim to design a new electric compact SUV suitable for all people who live in the city, and for people who move outside urban areas. In order to achieve the goal of developing a new car in the industrial automotive environment, the compact SUV segment was chosen because it is a vehicle very requested by the costumers and it is successful in the market due to its versatility. IDeS is a combination of innovative and advanced systematic approaches used to set up a new industrial project. The IDeS methodology is sequentially composed of Quality Function Deployment (QFD), Benchmarking (BM), Top-Flop analysis (TFA), Stylistic Design Engineering (SDE), Design for X, Prototyping, Testing, Budgeting, and Planning. The work is based on a series of steps and the sequence of these must be meticulously scheduled, imposing deadlines along the work. Starting from an analysis of the market and competitors, the study of the best and worst existing parameters in the competitor’s market is done, arriving at the idea of a better product in terms of numbers and innovation. After identifying the characteristics that the new car should have, the other step is the styling part, with the definition of the style and the design of the machine on a 3D CAD. Finally, it switches to the prototyping and testing phase to see if the product is able to work. Ultimately, intending to place the car on the market, it is essential to estimate the necessary budget for a possible investment in this project.

An Embedded In-Cabin Lightweight High-Performance 3D Gaze Estimation System

Gaze estimation has gained interest in recent years for being an important cue to obtain information about the internal cognitive state of humans. Regardless of whether it is the 3D gaze vector or the point of gaze (PoG), gaze estimation has been applied in various fields, such as: human robot interaction, augmented reality, medicine, aviation and automotive. In the latter field, as part of Advanced Driver-Assistance Systems (ADAS), it allows the development of cutting-edge systems capable of mitigating road accidents by monitoring driver distraction. Gaze estimation can be also used to enhance the driving experience, for instance, autonomous driving. It also can improve comfort with augmented reality components capable of being commanded by the driver's eyes. Although, several high-performance real-time inference works already exist, just a few are capable of working with only a RGB camera on computationally constrained devices, such as a microcontroller. This work aims to develop a low-cost, efficient and high-performance embedded system capable of estimating the driver's gaze using deep learning and a RGB camera. The proposed system has achieved near-SOTA performances with about 90% less memory footprint. The capabilities to generalize in unseen environments have been evaluated through a live demonstration, where high performance and near real-time inference were obtained using a webcam and a Raspberry Pi4.

Percezione depth guidata mediante proiezione virtuale di pattern

L’utilizzo di informazioni di profondità è oggi di fondamentale utilità per molteplici settori applicativi come la robotica, la guida autonoma o assistita, la realtà aumentata e il monitoraggio ambientale. I sensori di profondità disponibili possono essere divisi in attivi e passivi, dove i sensori passivi ricavano le informazioni di profondità dall'ambiente senza emettere segnali, bensì utilizzando i segnali provenienti dall'ambiente (e.g., luce solare). Nei sensori depth passivi stereo è richiesto un algoritmo per elaborare le immagini delle due camere: la tecnica di stereo matching viene utilizzata appunto per stimare la profondità di una scena. Di recente la ricerca si è occupata anche della sinergia con sensori attivi al fine di migliorare la stima della depth ottenuta da un sensore stereo: si utilizzano i punti affidabili generati dal sensore attivo per guidare l'algoritmo di stereo matching verso la soluzione corretta. In questa tesi si è deciso di affrontare questa tematica da un punto di vista nuovo, utilizzando un sistema di proiezione virtuale di punti corrispondenti in immagini stereo: i pixel delle immagini vengono alterati per guidare l'algoritmo ottimizzando i costi. Un altro vantaggio della strategia proposta è la possibilità di iterare il processo, andando a cambiare il pattern in ogni passo: aggregando i passi in un unico risultato, è possibile migliorare il risultato finale. I punti affidabili sono ottenuti mediante sensori attivi (e.g. LiDAR, ToF), oppure direttamente dalle immagini, stimando la confidenza delle mappe prodotte dal medesimo sistema stereo: la confidenza permette di classificare la bontà di un punto fornito dall'algoritmo di matching. Nel corso della tesi sono stati utilizzati sensori attivi per verificare l'efficacia della proiezione virtuale, ma sono state anche effettuate analisi sulle misure di confidenza: lo scopo è verificare se le misure di confidenza possono rimpiazzare o assistere i sensori attivi.

Sviluppo di un AR wearable device per il settore Automotive ricaricato tramite le vibrazioni del telaio

In questo elaborato di tesi vengono presentati la ricerca e il lavoro che hanno portato all’ideazione e sviluppo di CirculAR. CirculAR consiste in un dispositivo per la realtà aumentata, che assiste i conducenti di veicoli a due ruote, quali biciclette, monopattini e motocicli, proiettandogli informazioni utili per una guida in sicurezza. L’energia che alimenta il dispositivo per la realtà aumentata viene generata, in modo sostenibile, dalla conversione in energia elettrica dell’energia cinetica ottenuta dalle vibrazioni che si scaricano al telaio, originate dal contatto tra manto stradale e veicolo stesso. Il sistema - prodotto è composto, infatti, da due dispositivi differenti, un wearable device e un generatore elettrico, che cooperano per il raggiungimento di una Realtà Aumentata più sostenibile ed innovativa. Per lo sviluppo di CirculAR sono state prese in considerazione tecnologie innovative ad oggi oggetto di grande ricerca e interesse scientifico; per questo studio in particolare, si è deciso di conciliare queste tecnologie con una progettazione mirata alla semplificazione ed alla specializzazione dei singoli componenti per garantirne un generale livello di forte innovazione tecnologica ed, al contempo, una riduzione del costo complessivo di vendita del prodotto. Il connubio di queste tecnologie ha permesso di realizzare due dispositivi innovativi sia da un punto di vista tecnologico che da un punto di vista della sostenibilità, che possono rappresentare un modello per una futura generazione di wearable device sostenibile.

Acquisizione e modellazione 3D in ambito museale per nuove forme di accessibilità per ipovedenti

Il tema approfondito in questo elaborato è relativo a nuove forme di esperienze museali in grado di favorire una maggiore fruizione dei musei da parte dei visitatori portatori di disabilità sensoriali. L’obiettivo dello studio, reso possibile grazie alla collaborazione con il Comune di Riccione, l’Università di Bologna e il Museo del Territorio di Riccione, riguarda la riproduzione tattile 3D di alcuni manufatti di epoca romana rinvenuti nel territorio e l’implementazione di soluzioni di esplorazione dei modelli fisici con tecniche di realtà aumentata e feedback sonori per fornire al visitatore un’esperienza tattile/sensoriale sugli oggetti. La parte di competenza di questo elaborato riguarda principalmente due aspetti: il rilievo 3D effettuato su quattro diversi frammenti di due serie di lastre fittili, mediante l’utilizzo di scanner ad alta risoluzione e fotogrammetria digitale, e la successiva modellazione in ambiente digitale. Quest’ultima fase comporta l’elaborazione delle scansioni tramite software dedicati e la creazione di mesh per generare la stampa di copie fisiche 3D. In una fase successiva alla stampa 3D le copie saranno poi gestite con particolari tecnologie di esplorazione sensoriale che accompagneranno l’utente durante l’esperienza tattile con feedback sonori. La sperimentazione condotta in questa tesi vuole dimostrare come sia possibile portare ad una trasformazione del ruolo dei musei, da quello tradizionale di magazzino statico a quello di ambiente di apprendimento attivo a disposizione di tutti offrendo esperienze immersive ed educative.

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.

Domain adaptation per classificazione di point cloud mediante pseudo-annotazioni

La classificazione di dati geometrici 3D come point cloud è un tema emergente nell'ambito della visione artificiale in quanto trova applicazione in molteplici contesti di guida autonoma, robotica e realtà aumentata. Sebbene nel mercato siano presenti una grande quantità di sensori in grado di ottenere scansioni reali, la loro annotazione costituisce un collo di bottiglia per la generazione di dataset. Per sopperire al problema si ricorre spesso alla domain adaptation sfruttando dati sintetici annotati. Questo elaborato si pone come obiettivo l'analisi e l'implementazione di metodi di domain adaptation per classificazione di point cloud mediante pseudo-labels. In particolare, sono stati condotti esperimenti all'interno del framework RefRec valutando la possibilità di sostituire nuove architetture di deep learning al modello preesistente. Tra queste, Transformer con mascheramento dell'input ha raggiunto risultati superiori allo stato dell'arte nell'adattamento da dati sintetici a reali (ModelNet->ScanNet) esaminato in questa tesi.

Nodo - Progetto di un dispositivo per lo sport virtuale e sistemi di antagonismo

Nodo è indaga la relazione tra il movimento del corpo umano, e le conseguenti risposte muscolari, e la loro riproduzione in condizioni di realtà mista. Attraverso la progettazione di un dispositivo casalingo che faccia da antagonista al movimento del corpo durante la pratica del pugilato a distanza, attraverso le tecnologie di aumento della realtà e quelle aptiche; ho cercato di approfondire il tema dello sport, scegliendolo come ambito di progettazione specifico.

Tecnologie e workflow per la digitalizzazione e la visualizzazione immersiva e real time del prodotto tessile

Il settore del mobile è frammentato, caratteristica che non ha mai permesso una completa digitalizzazione dei suoi comparti: la comunicazione è risultata spesso difficoltosa, responsabile di incomprensioni e spesso mancanza di puntualità, con conseguente dispendio di risorse. Nel mio progetto di tesi analizzo principalmente la filiera degli imbottiti e quella tessile, collaterale ad essa. Il target di mio interesse sono le aziende produttrici di arredi che si servono di configuratori per la presentazione dei prodotti ai propri clienti. Ho ipotizzato un workflow suddivisibile in due fasi, una attuabile nel presente ed una seconda che implica una variazione attuabile nel futuro prossimo. Per la prima fase ho studiato un workflow agile al fine di digitalizzare le texture a partire da acquisizioni fotografiche. Analizzando il comportamento di vari tessuti ed elaborando un metodo di riproduzione digitale, ho sperimentato una metodologia per una resa superficiale degli imbottiti accurata e fotorealistica sia su piattaforme web che in realtà aumentata. Lo studio nasce dall’esigenza di apportare migliorie agli attuali configuratori e renderli effettivamente utili al fine per cui sono stati pensati: garantire una semplificazione del processo di acquisto rispondendo alle necessità degli utenti di vedere in anteprima l’aspetto finale del proprio arredo, collocato nello spazio abitativo. Il configuratore che ne deriva, restituirà una visualizzazione fedele dei tessuti anche in realtà aumentata. L’intelligenza artificiale fungerà da supporto nel processo decisionale dell’utente e la scelta dei materiali che compongono l’arredo sarà guidata in maniera tale da generare nell’utente un senso di consapevolezza circa gli impatti sull’ambiente. Per la seconda fase propongo una modalità di creazione dei tessuti completamente digitalizzata, a favore di una filiera sostenibile che riesce in questo modo ad abbattere costi e sprechi, con conseguente risparmio di risorse.

A new concept for a Sport-Coupè car developed with the Industrial Design Structure method (IDeS)

The aim of this study, conducted in collaboration with Lawrence Technological University in Detroit, is to create, through the method of the Industrial Design Structure (IDeS), a new concept for a sport-coupe car, based on a restyling of a retro model (Ford Mustang 1967). To date, vintage models of cars always arouse great interest both for the history behind them and for the classic and elegant style. Designing a model of a vehicle that can combine the charm of retro style with the innovation and comfort of modern cars would allow to meet the needs and desires of a large segment of the market that today is forced to choose between past and future. Thanks to a well-conceived concept car an automaker company is able to express its future policy, to make a statement of intent as, such a prototype, ticks all the boxes, from glamour and visual wow-factor to technical intrigue and design fascination. IDeS is an approach that makes use of many engineering tools to realize a study developed on several steps that must be meticulously organized and timed. With a deep analysis of the trends dominating the automotive industry it is possible to identify a series of product requirements using quality function deployment (QFD). The considerations from this first evaluation led to the definition of the technical specifications via benchmarking (BM) and top-flop analysis (TFA). Then, the structured methodology of stylistic design engineering (SDE) is applied through six phases: (1) stylistic trends analysis; (2) sketches; (3) 2D CAD drawings; (4) 3D CAD models; (5) virtual prototyping; (6) solid stylistic model. Finally, Developing the IDeS method up to the final stages of Prototypes and Testing you get a product as close as possible to the ideal vehicle conceptualized in the initial analysis.

Educação comprometida: vicissitudes de aprendizagem de um grupo de estudantes de uma escola pública na cidade de Campo Maior - Piauí

A educação não pode se caracterizar como sendo algo que estabelece diferenças e prioridades levando-se em consideração as vantagens de grupos de alunos que possuem excelente estrutura familiar, melhores condições de vida e freqüentam escolas particulares, com toda infraestrutura de ensino e dotadas de recursos didáticos avançados em detrimento de uma maioria da população que freqüenta escola pública, recebe ensino de péssima qualidade e ainda tem que trabalhar para sobreviver. Mesmo que sejam questionadas, tais diferenças existem, estão comprovadas e identificadas nos diversos relatórios e dados a respeito da educação e do sistema educacional brasileiro, principalmente os de caráter público. Os reflexos das distorções sociais e das dificuldades de acesso à escola púbica retratam uma realidade cruel acerca de um percentual considerável de alunos que tentam fazer da educação um instrumento de melhoria da qualidade de vida, superação de obstáculos e das dificuldades enfrentadas com a exclusão social, se forem retratados os aspectos sócio-culturais e econômicos. Em um contexto que envolve a realidade educacional dos alunos da Unidade Escolar José Olimpio da Paz, as dificuldades são visíveis, entretanto a superação dos obstáculos e das dificuldades se dá pelo comprometimento dos alunos em participar ativamente do processo ensino-aprendizagem no intuito de melhorarem e aumentarem cada vez mais seus conhecimentos, ao mesmo tempo em que o envolvimento dos professores em promover educação com qualidade, fazendo de sua prática pedagógica um instrumento de luta pelas transformações educacionais, culturais e sociais da comunidade, com foco direcionado para a melhoria da qualidade de vida dos alunos através da educação e da aprendizagem contribui, também e de modo decisivo, para a obtenção de resultados positivos através dos quais todos tenham razões de ganho com o envolvimento compromissado com educação de qualidade.

Progetto di un dispositivo wireless di feedback tattile per un sistema di ausilio per non vedenti o ipovedenti

La tesi è incentrata sullo studio e sulla progettazione di un dispositivo wireless di feedback tattile per un sistema di ausilio per non vedenti o ipovedenti. Il dispositivo composto da micro motori vibranti avvisa l'utente di imminenti ostacoli nel suo cammino. La rilevazione degli ostacoli è opera del visore, un sistema composto da una videocamera stereo, con elaborazione su FPGA, collegata ad un Odroid-U3. Viene trattato anche lo sviluppo di un'applicazione server, con relativa libreria di funzioni, che permette al visore di comunicare con dispositivi iOS esterni. Quest'ultima parte è avvenuta in collaborazione con il collega Luca Ranalli che si è occupato dell' App client per smartphone e tablet iOS.

El tercer espacio: cruce de culturas en la literatura de frontera

Favorecida por el proyecto económico y político de la globalización, es posible observar cómo, desde las últimas décadas del pasado siglo, se ha ido agudizando una tendencia a la hibridación que, si bien podríamos considerar casi innata de la condición humana, ha trascendido en nuestros días la mera enunciación retórica hasta llegar a impregnar casi todos los estratos de la cultura. En el campo de los estudios literarios este proceso de mixturación ha contribuido a generar una verdadera explosión de la llamada literatura de frontera, caracterizada no sólo por una mutación en las mentalidades de los sectores sociales y étnicos -desde los que se origina-, sino por profundos cambios en las mismas estructuras sociales, culturales y lingüísticas. Esta problemática pone en cuestión la homogeneidad y la esencialidad de la identidad cultural, pues es un fenómeno actual que nos remite, inevitablemente, a la complejidad de la identidad. Precisamente, podríamos hablar de deslizamientos que se van produciendo en los diferentes planos de las manifestaciones artísticas, tendiendo éstos a amalgamarse, a fundirse uno con otros, en un cruzamiento de líneas de fuga, de rupturas, que atraviesan ese nuevo espacio, el Tercer Espacio, donde los diferentes discursos se van hibridando unos con otros, rompiendo la imagen de unidad, la imagen unitaria y tradicional. Unidad que no existió nunca y que no puede existir de ningún modo, porque es una imagen acotada que se esfuma en el caótico tejido de lo vivo, en la conformación y evolución de la raza humana.

Augmented environments for the targeting of hepatic lesions during image-guided robotic liver surgery

BACKGROUND Stereotactic navigation technology can enhance guidance during surgery and enable the precise reproduction of planned surgical strategies. Currently, specific systems (such as the CAS-One system) are available for instrument guidance in open liver surgery. This study aims to evaluate the implementation of such a system for the targeting of hepatic tumors during robotic liver surgery. MATERIAL AND METHODS Optical tracking references were attached to one of the robotic instruments and to the robotic endoscopic camera. After instrument and video calibration and patient-to-image registration, a virtual model of the tracked instrument and the available three-dimensional images of the liver were displayed directly within the robotic console, superimposed onto the endoscopic video image. An additional superimposed targeting viewer allowed for the visualization of the target tumor, relative to the tip of the instrument, for an assessment of the distance between the tumor and the tool for the realization of safe resection margins. RESULTS Two cirrhotic patients underwent robotic navigated atypical hepatic resections for hepatocellular carcinoma. The augmented endoscopic view allowed for the definition of an accurate resection margin around the tumor. The overlay of reconstructed three-dimensional models was also used during parenchymal transection for the identification of vascular and biliary structures. Operative times were 240 min in the first case and 300 min in the second. There were no intraoperative complications. CONCLUSIONS The da Vinci Surgical System provided an excellent platform for image-guided liver surgery with a stable optic and instrumentation. Robotic image guidance might improve the surgeon's orientation during the operation and increase accuracy in tumor resection. Further developments of this technological combination are needed to deal with organ deformation during surgery.