Progettazione sviluppo e realizzazione di un'interfaccia di navigazione a mani libere per ambienti virtuali

Negli ultimi anni, grazie al notevole sviluppo delle capacità di calcolo degli elaboratori elettronici, si è assistito alla comparsa di un sempre maggior numero di sistemi per la generazione di ambienti virtuali. In tali ambienti l’operatore viene “immerso” a livello sensoriale, consentendogli di vedere, toccare, e manipolare gli oggetti di quell’ambiente come se esistessero realmente. Quanto più la navigazione virtuale mira ad essere realistica ed interattiva, tanto più le interfacce avranno un ruolo chiave. Ad oggi la navigazione è limitata a due tipologie di dispositivi: quelli di fascia alta, ovvero costosi sistemi di tracking che indossati permettono di triangolare e quindi rilevare la posizione ed orientazione dell’utente nello spazio; oppure quello di fascia bassa, joystick in grado di consentire la navigazione pilotata, a costo di un grosso ingombro di manipolazione ed un elevato carico mentale. Risulta pertanto chiaro come un interfaccia per la navigazione di tipo hand-free, che lasci quindi libero l’uso delle mani, possa risultare utile in tali situazioni, consentendo nello stesso momento sia la navigazione che l’interazione tattile con l’ambiente. Tale tipo d’interfaccia potrebbe essere utilizzata anche in molti altri ambiti, ad esempio come sensore di movimento,per applicazioni mediche, o in applicazioni piu semplici quali i giochi elettronici 2D/3D o interazioni con il desktop di un personal computer. Sul mercato esistono vari tipi di interfacce per la navigazione che vanno dai semplici mouse, tastiere, joystick ai più complessi tracker di posizione, ma malgrado ciò è ancora difficile trovare dei tipi di interfaccia a mano libera, che siano facilmente indossabili ed anche a basso costo. Il lavoro svolto in questa tesi è stato quindi quello di progettare e realizzare un sistema di navigazione integrato, usando come sistema base per l’interazione un paio di occhiali, ed andando a montare su di essi la componentistica elettronica necessaria, comprendente accelerometri e microcontrollore. Tra le caratteristiche interessanti del dispositivo sviluppato saranno discusse le tecniche di integrazione approssimata della posizione, la complessità della spazializzazione e dell’orientazione della testa, ed i meccanismi sviluppati per la rivelazione della posizione nello spazio. La tesi discuterà per gradi gli approcci e le scelte di controllo effettuate per raggiungere una elaborazione della posizione che sia adeguatamente accurata, cercando di ottenere il miglior compromesso tra accuratezza, naturalità/intuitività d’uso. Verranno poi discusse le scelte implementative e la realizzazione di un tipo di prototipo funzionale. Tale lavoro è stato effettuato presso il Laboratorio Percro (PERCeptual RObotics), della Scuola Superiore Sant’Anna di Pisa, che nel corso degli ultimi anni, ha realizzato numerose interfacce aptiche e strumentazioni di vario tipo per gli ambienti virtuali