La stanza virtuale nel seminterrato

La porta è aperta, il fuoco scoppietta sulla destra, il sole splende fuori dalla porta, le farfalle svolazzano davanti a noi. Il pavimento è ricoperto di piastrelle di argilla. Il soffitto è in legno, possenti travi sponsorizzano il tetto. Pochi passi e ci si trova sulla terrazza, con vista su alberi e colline verdi. Dopo una breve pausa, si può girare a destra dietro l'angolo della casa di campagna. La vista del mare dalla scogliera, con i gabbiani che volteggiano sulle onde, vi invita. Poi ci si toglie gli occhiali. E invece di una tenuta di campagna in Italia, ci si trova in una stanza di sette metri per dodici nel seminterrato dell'edificio CLA dell'ETH di Zurigo. I tubi al neon brillano freddamente dal soffitto, i pannelli neri del pavimento, i mattoni grigi a vista. L'illusione di aver appena attraversato una casa in Toscana era quasi perfetta.

Camminare realmente in un mondo virtuale

Thomas Nescher è dottorando presso l'Innovation Centre Virtual Reality (ICVR) sotto la direzione di Andreas Kunz dell'Istituto per le macchine utensili e la produzione (IWF). Negli ultimi anni ha sviluppato un sistema innovativo che consente di "camminare realmente in ambienti virtuali" (ReWaVE). Ciò consente all'utente di esplorare un ambiente virtuale senza alcuna limitazione percepita, camminando effettivamente in uno spazio reale molto più piccolo.

Gli ambienti virtuali non sono di per sé una novità. I simulatori di volo, i giochi per computer come i Sims o anche i sistemi di riabilitazione hanno permesso di immergersi in realtà digitali per apprendere determinate abilità, ad esempio. Esistono anche sistemi che simulano una camminata quasi reale attraverso l'uso dei cosiddetti "tapis roulant". Tuttavia, tali sistemi sono costosi e non trasmettono la sensazione di una vera camminata.

Illusione quasi perfetta grazie a un algoritmo intelligente

Per camminare nei mondi virtuali di ReWaVE sono necessari relativamente pochi accessori: un head-mounted display (HMD) con un dispositivo di misurazione della posizione rivolto verso il soffitto e un computer portatile, che viene trasportato su un telaio di supporto. Inoltre, sono necessari tre marcatori circolari di riferimento in bianco e nero per metro quadrato di superficie del soffitto e l'algoritmo sviluppato da Nescher.

I segni sul soffitto vengono utilizzati dal dispositivo di misurazione dell'HMD per riconoscere la posizione e i movimenti della testa dell'utente. Questi dati vengono analizzati in tempo reale nel computer portatile. Senza alcun ritardo percepibile, la persona che cammina vede l'ambiente virtuale calcolato dal computer e inserito nell'HMD.

Un reindirizzamento complicato

Finché lo spazio virtuale non è più grande di quello reale, esplorarlo non è un problema. "Tuttavia, sono necessari alcuni trucchi per poter esplorare un mondo virtuale più grande in uno spazio ristretto", afferma Nescher.

Il trucco più importante è il cosiddetto reindirizzamento. Esso impedisce all'utente di schiantarsi contro un muro nel mondo reale. I vari metodi di reindirizzamento devono essere pianificati in anticipo in modo intelligente, affinché l'utente possa attraversare l'ambiente virtuale con il minor disturbo possibile. Per fare questo, il sistema deve sapere dove si trova la persona nello spazio reale e quali direzioni le offre il mondo virtuale. In linea di principio, la "compressione" di un percorso da un grande spazio virtuale a un piccolo spazio reale è un problema di ingegneria del controllo. L'algoritmo stima i futuri percorsi dell'utente e calcola in tempo reale il modo migliore per mantenerlo all'interno dello spazio reale.

Il software Chi siamo utilizza le informazioni dell'immagine nell'HMD per controllare i movimenti dell'utente, a seconda di dove si trova nello spazio reale e di dove potrebbe andare nel mondo virtuale. Il percorso di camminata viene modificato continuamente in modo che l'utente non si imbatta in muri reali.

Ad esempio, quando si gira un angolo, l'algoritmo può far girare l'utente di soli 70 o addirittura 135 gradi invece di 90 gradi. Tuttavia, l'utente ha la sensazione di aver effettuato una svolta di 90 gradi. Tutto ciò porta l'utente a compiere un percorso curvo nello spazio reale, diverso da quello percorso virtualmente.

Tuttavia, i metodi di reindirizzamento impercettibili hanno i loro limiti. Se vengono superati, l'utente se ne accorge. Se un reindirizzamento impercettibile non è più sufficiente a mantenere l'utente nello spazio reale, si ricorre a un altro metodo. Questo metodo fa sì che l'utente giri intorno al proprio asse. A tal fine, l'algoritmo visualizza una freccia, ad esempio, nella direzione in cui l'utente deve girare una volta. In questo modo è possibile intensificare la rotazione e ottimizzare l'orientamento dell'utente nello spazio reale. In questo modo l'utente può continuare a percorrere lo stesso itinerario virtuale senza interruzioni evidenti.

Passeggiate virtuali tra le case

Muoversi in un mondo virtuale può sembrare un gioco. Ma Thomas Nescher vede già delle applicazioni per il suo lavoro. ReWaVE potrebbe essere interessante per gli architetti, che possono usarlo per camminare virtualmente attraverso i loro progetti prima che vengano realizzati nella realtà, scoprendo così i punti deboli dei loro piani. Per le aziende industriali, il software di Nescher è anche un'opzione interessante per testare virtualmente le linee di produzione pianificate prima della loro costruzione. Finora queste aziende hanno creato modelli di linee di produzione nei magazzini per analizzare gli aspetti ergonomici, di sicurezza o legati al tempo. In futuro gli ambienti virtuali potrebbero sostituire questi modelli. Le prime aziende, come Daimler e Bosch, hanno già preso nota del sistema di Nescher.

Lo sviluppo di ReWaVE non è ancora completo. Nel prossimo futuro, le gambe e le braccia dell'utente saranno integrate nel mondo virtuale in modo da poterle vedere mentre cammina. Il successore di Nescher all'ICVR/IWF, il dottorando Markus Zank, continuerà a lavorare su questo sistema. Durante la sua tesi di laurea magistrale, Zank ha lavorato sull'integrazione nel mondo virtuale di suoni di passi adatti, come lo scricchiolio della ghiaia, per migliorare l'impressione di camminare realmente. In futuro, saranno necessarie ulteriori ricerche fondamentali per studiare come prevedere meglio il comportamento umano a piedi. Ciò dovrebbe consentire una pianificazione ancora migliore del reindirizzamento.