Valentini Carlo

LA REALTA' SULLA REALTA' VIRTUALE

Sommario
Vengono discusse le tecniche di utilizzo della realtà virtuale negli ambiti della ricerca e della progettazione. Viene quindi presentato il linguaggio di modellazione tridimensionale Virtual Reality Modeling Language (VRML) ed illustrate le opportunità offerte dell’utilizzo di queste tecnologie a supporto delle fasi di ingegnerizzazione dei sistemi.

Premessa

La società scientifica ha sempre guardato con curiosità verso l’entourage culturale della fantascienza, tanto che molti soggetti carismatici dell’una hanno spesso anelato ad appartenere all’altro mondo e viceversa. Dai voli pindarici della “science fiction” molti ricercatori hanno apertamente ammesso di aver tratto ispirazione e motivazioni, tanto che ormai alcuni termini come «realtà virtuale» e «cyberspazio»risultano familiari anche all’interno della nostra comunità, più legata di fatto alle attrezzature tecnologiche piuttosto che fondata sulla “scienza”.

Da questa realtà nasce una diversa tecnica di maturazione e di analisi “scientifica”: oggi le generazioni di sviluppatori e gli utilizzatori di massa delle nuove tecnologie adottano a mano bassa i prodotti forniti dai loro background culturali, fortemente ispirati dall’azione dei media, la cui qualità spesso influenza direttamente lo spirito critico che soprassiede a questo processo.

La costruzione di questi nuovi percorsi di scoperta è di per sé innovativa e potente e permette di spostare il punto di vista sulle problematiche scientifiche nei confronti della impostazione classica, della quale ormai tutto è consolidato.

Le applicazioni di realtà virtuale sono un esempio di come questa tecnica sia entrata, di fatto, nel metodo di ricerca e sviluppo che caratterizza le nuove tecnologie.

Direttamente dai romanzi di William Gibson, ritenuto l’autore principale dei romanzi di genere cyber, la «matrice», il «cyberspazio» sono stati idealmente calzati su Internet. L’universo tridimensionale on-line, popolato da uomini on-line chiamati avatar, sarebbe stato uno specchio dell’universo reale ed avrebbe permesso agli utenti di condurre i propri affari, di giocare tra loro, di socializzare o di fare qualsiasi altra cosa senza perdere il comfort della propria locazione fisica. Le applicazioni di realtà virtuale avrebbero dovuto garantire l’affidabilità del mondo sintetico in modo da rendere accattivante l’idea di un universo multi-utente ricco di potenzialità affascinanti.

Ma così non è stato.

Virtual reality: denifizione

Che cosa è veramente la Realtà Virtuale? Nella definizione rigorosa la Realtà Virtuale è quella tecnica di utilizzo delle risorse di calcolo, dei computer e delle altre tecnologie di interfaccia utili a ricreare un ambiente così simile alla realtà che un «partecipante» non possa avvertirne la differenza.

Certo, questa interpretazione di Realtà Virtuale richiama alla mente il ponte ologrammi di Star Trek: per la maggior parte dei filosofi della VR (Virtual Reality) è, infatti, una definizione poco realistica.

Una definizione più consistente descrive la Realtà Virtuale in maniera più “debole”. Concretamente per Realtà Virtuale si può intendere l’uso di un computer per la creazione di un mondo artificiale, tipicamente in tre dimensioni, nel quale un utente possa muoversi e nel quale può manipolare gli oggetti. Questa definizione di VR non implica quindi necessariamente una esperienza di immersione totale nell’universo virtuale: può rientrare infatti in questa formula anche un’applicazione full-screen di un videogioco 3D (come Doom, Quake o Tomb Rider).

Detto questo molti lettori avranno più chiaro cosa possa essere per loro la Realtà Virtuale.

E’ necessario comunque specificare che un’applicazione di VR si può dire tale solo se: a) implica l’utilizzo di gallerie di immagini 3D, b) risulta interattiva con l’utente e c) è strutturata in modo che possa prevedere più partecipanti.

Linguaggi di modellazione

La strada dell’immersività totale è stata, e lo è tutt’ora, percorsa non senza fatica. Lo sviluppo di diversi dispositivi di coinvolgimento audio, video e sensoriale ha portato la VR “forte” ad annidarsi unicamente dentro ad applicazioni fortemente specialistiche, quali ad esempio quelli aerospaziali, quelle chimiche di laboratorio, per l’addestramento militare, etc. Poter visualizzare una catena molecolare interagendo con la sua rappresentazione tridimensionale permette di aumentare fortemente l’efficacia delle ricerche ed è quindi giustificato l’impegno nella realizzazione di HMD (Head Mounted Displays, caschetti per la visione stereoscopica) e di Dataglove (guanti per la tracciatura spaziale dei movimenti) ad uso e consumo del laboratorio designato.

[Fig.1] Head Mounted Display per visione steroscopica

La ricerca per lo sviluppo di hardware specifico per applicazioni di realtà virtuale è stata, e rimane, talmente settoriale che questo rappresenta di fatto il più grosso ostacolo all’affermarsi di applicazioni VR “credibili” così come erano state inizialmente intuite dai progettisti di cyberspazi.

Ma come sempre più spesso accade nei confronti delle nuove tecnologie a base informatica, anche in questo caso la più grossa spinta verso lo sviluppo della VR arriva attualmente da quella grossa comunità di sviluppatori/utenti che risiede proprio nel cyberspazio, come oggi viene spesso chiamato.

Siamo di fronte ad una realtà nella quale è proprio il potere che risiede nella comunità Internet a lasciare che questo tipo di soluzioni tecnologiche, e quindi “scientifiche”, prendano la valenza e la diffusione che debbono avere.

La strada della VR “debole” è infatti una via che sta crescendo tortuosa insieme alle tecnologie sorelle della Rete, affiancata dell’esplosione dei protocolli di comunicazione e dalle idee che stanno dietro a questa rivoluzione.

Insieme a tecniche di realtà virtuale “proprietarie” e cioè elaborate ad hoc dagli sviluppatori software per apposite piattaforme di calcolo e spesso ancora troppo specifiche per essere general-purpose, è il cyberspazio stesso che cerca di evolvere se stesso.

Grazie alle caratteristiche di leggerezza, in termini di dimensione in byte degli oggetti da trasferire attraverso la rete, di interattività e grazie alla capacità di essere multi-piattaforma, il linguaggio HTML (Hyper Text Markup Language) si è affermato come standard per le applicazioni bidimensionali.

Allo stesso modo un giovane linguaggio di rappresentazione adatto alle applicazioni basate sulla tecnologia della rete si vuole proporre come soluzione alle problematiche legate alla realtà virtuale “debole”.

Il VRML (Virtual Reality Modeling Language), concepito nel 1994, è rapidamente maturato e si è stabilizzato nel 1996 nella sua versione VRML 2.0, l’attuale standard.

Utilizzo della VR in internet

Uno dei primi grandi problemi dei programmatori professionisti è stato quello di trovare una collocazione per le tecniche di realtà virtuale che stavano nascendo. Molti sviluppatori di applicazioni Web hanno quindi iniziato ad utilizzare linguaggi di modellazione, come il VRML, per i loro siti internet.

Hanno scoperto, in questo modo, che l’effettivo utilizzo di questa tecnologia diventa pregnante solo in alcune, limitate, applicazioni: là dove sono richieste capacità di visualizzazione, simulazione, interazione, presenza o di intrattenimento.

Le tecnologie tridimensionali ci permettono di visualizzare sistemi complessi, edifici, molecole o chip per realizzarne una migliore analisi. La visualizzazione è utile in quei settori nei quali gli oggetti sono troppo complicati o troppo costosi per essere realizzati fisicamente.

Al fianco della visualizzazione debbono però esserci anche dei contenuti significativi sottesi dalla rappresentazione che si sta utilizzando: è necessario prevedere infatti una certa capacità di simulazione delle reali leggi fisiche che regolano i sistemi rappresentati.

Il sostanziale fallimento delle applicazioni del VRML 1.0 nei siti internet, e di conseguenza la sua mancata affermazione come strumento di VR, riguarda proprio questo punto.

E’ corretto pensare che il World Wide Web costituisca a tutt’oggi il più grande universo di informazioni disponibile, ed è corretto osservare anche che in questo grande e complicato universo è molto facile perdersi, ma non è sufficiente fornire all’utente una visualizzazione 3D metaforicamente verosimile dell’ambiente a cui è abituato se questo manca di capacità di rispondere come ci si aspetta.

Ognuno tende ad avere maggiore familiarità, e quindi a ricordare più facilmente, le caratteristiche fisiche delle relazioni che vive e di conseguenza ci si può aspettare che le tecnologie VR risultino vincenti nelle forme di esplorazione del cyberspazio.

Lo scopo del VRML 2.0 è infatti proprio quello di aumentare la verosimiglianza tra mondi sintetici e quelli reali in modo da estendere le potenzialità applicative e di rendere maggiormente eccitante ed interattiva l’esperienza “virtuale” dell’utente.

Il VRML

Il Virtual Reality Modeling Language, originariamente cresciuto con il nome di “Moving Worlds”, è un linguaggio descrittivo di elementi tridimensionali che viene utilizzato per la costruzione di mondi virtuali, spesso chiamati anche “scene”. E’ un linguaggio in modalità testo che permette di descrivere gli oggetti, le sorgenti di luce e tutti i più complessi aspetti di un mondo interattivo. I mondi VRML possono quindi essere creati utilizzando semplicemente un editor di testi. Il codice necessario a creare una singola sfera blu è:

#VRML V1.0 ascii
Separator
{
Material { emissiveColor 0 0 1 }
Sphere { radius 10}
}

Armati di un editor di testi gli aspiranti progettisti di cyberspazi possono quindi creare i propri modelli e decidere le strategie di interazione con l’utente. L’interpretazione dello script realizzato è a cura del programma di navigazione internet utilizzato, ovvero del browser (Internet Explorer, Netcaspe, Opera, etc). La vera e propria risorsa necessaria a queste applicazioni di realtà virtuale risiede infatti nel programma che è capace di interpretare il codice testuale e di tradurlo in forma grafica ed in simulazione.

[Fig.2] Modello VRML di un sistema biella-manovella

Le prestazioni del mondo sintetico sono quindi direttamente legate ancora una volta alla potenzialità hardware del computer sul quale viene visualizzato, e quindi risulta difficilmente possibile garantire determinate performance a priori.

Ma come spesso accade anche questa volta è il cyberspazio a migliorare se stesso, o meglio, sono gli stessi utenti che diventano capaci di trasformarsi in sviluppatori moltiplicando le proprie capacità grazie agli strumenti di cui proprio loro si sono muniti. Appositi plug-in, programmi scritti appositamente e gratuitamente, hanno permesso di migliorare le performance di generazione grafica dei mondi ed il linguaggio stesso ha subito nuove ed importanti migliorie.

[Fig.3] Modello VRML di un ruotismo epicicloidale

L’attuale standard VRML 2.0 mantiene la semplicità espressiva del precedente e prevede utili e nuove funzionalità che permettono di costruire mondi sintetici dotati delle più salienti caratteristiche che hanno quelli reali.

Maggiore realismo viene aggiunto ai mondi “statici” aggiungendo alle scene delle immagini di sfondo, degli effetti del terreno, dei suoni ai quali è possibile dare una collocazione spaziale ed effetti relativi alle distanze (ad esempio la nebbia).

E’ possibile poi utilizzare sensori virtuali capaci di attivarsi quando viene percorsa un’area del mondo oppure quando viene toccato un oggetto. E’ quindi possibile abbinare azioni e comportamenti agli oggetti ed alle strutture del cyberspazio in maniera interattiva con l’utente.

Il VRML 2.0 supporta ed e’ capace di calcolare autonomamente le situazioni di collisione tra l’utente e gli oggetti della scena: questo permette di evitare alcuni sconvenienti effetti noti come “walk through”.

E’ possibile abbinare ad ogni oggetto della scena un movimento, una animazione o più in generale un comportamento, eventualmente modificabile a seconda della distanza dall’utente o dalle azioni che si compiono nel cyberspazio.

E’ infine possibile utilizzare delle strutture di prototipazione per costruire il mondo sintetico in gruppi di oggetti incapsulati, in modo da alleggerire la fasi di visualizzazione e di simulazione a carico del computer sul quale viene “ricreato” il mondo stesso.

La VR nell'ingegneria

Le caratteristiche descritte finora lasciano intuire quali grandi potenzialità abbiano le applicazioni di VR “debole” nei campi della progettazione, del dimensionamento e della analisi.

A fianco delle soluzioni di alto livello, necessarie e giustificate dagli obiettivi della ricerca, è possibile costruire un intero sistema di applicazioni basato su tecnologie di modellazione tridimensionali, quale appunto è il VRML, a basso costo, di grossa semplicità realizzativa e soprattutto adatte ai nuovi strumenti di lavoro distribuiti in rete, perché già nate in quell’ambiente.

[Fig.4] Esplorazione interattiva di un progetto 3D

Un approccio innovativo di questo tipo permetterebbe una maggiore efficienza nella costruzione delle soluzioni proprio perché non impedisce né limita la capacità espressiva del progettista, che anzi arriva a misurarsi sempre con la reale fattibilità delle soluzioni che adotta. L’alleggerimento delle strutture di progettazione riporta il lavoro del progettista a quello più raffinato di “ideatore”, permettendogli di procedere in maniera più omogenea lungo le fasi creative e pratiche del proprio lavoro.

La concezione del lavoro trova così una più giusta collocazione all’interno di questo nostro mondo “scientifico”, la cui tendenza è ormai quella di ricondurre le soluzioni che arrivano dallo sviluppo tecnologico ai problemi di carattere tecnico che ci si accorge esse sono capaci di risolvere. In questo modo una tecnica di rappresentazione nata per applicazioni diverse può venire adottata e sviluppata all’interno di un ambito ingegneristico, senza aspettare che arrivi a maturazione tra gli informatici puri prima di accorgersi delle potenzialità che può rappresentare per noi.

Bibliografia

Y. Castelfranchi, Macchine come noi, Laterza
R. Cordeschi, La scoperta dell’artificiale, Dunod
B. Sterling, Mirroshades, Bompiani
W. Gibson, Monna Lisa Cyberpunk, Mondadori
W. Gibson, Luce Virtuale, Urania
W. Gibson, Neuromante, Nord

Siti internet di riferimento:
http://www.valentiniweb.com
http://www.cosmosoftware.com
http://www.workingmodel.it