Le tre forme della Realtà Estesa: aumentata, virtuale e mista

Tra le tecnologie abilitanti di Industria 4.0, assume un’importanza sempre crescente la famiglia delle tecnologie di Realtà Estesa (Extended Reality) che comprende vari metodi per estendere la visione del mondo reale permettendo la visione di diverse tipologie di ambienti virtuali. In relazione a questo, fino a pochi anni fa erano state formalizzate quattro categorie di ambienti a realtà estesa:

Realtà Aumentata (AR – Augmented Reality)

Virtualità Aumentata (AV – Augmented Virtuality)

Realtà Mista (MR – Mixed Reality)

Realtà Virtuale (VR -Virtual Reality)

Il continuum di modalità per rappresentare uno spettro di situazioni che spaziano dall’ambiente reale all’ambiente virtuale, viene rappresentato nel diagramma di Milgram, che schematizza la progressione tra rappresentazione reale e virtuale (vedi immagine più sotto).
Attualmente però questo schema risulta superato perché la virtualità aumentata è stata inglobata nella realtà mista, o ibrida, come si preferisce dire oggi. Nella ‘augmented reality’, l’utente è posizionato in un ambiente reale che viene arricchito da dati virtuali, ma la realtà ha un ruolo predominante rispetto ai dati virtuali aggiuntivi. Nella ‘augmented virtuality’ l’utente è posizionato in un’ambiente virtuale, ma interagisce anche con dati reali. I dati virtuali sono predominanti, mentre i dati reali possono essere utilizzati nell’ambiente virtuale a seconda delle richieste di chi sta utilizzando il sistema. Nella realtà mista/ibrida l’utente si muove in un ambiente dove coesistono dati reali e virtuali. Mentre nella realtà virtuale i dati reali sono completamente sostituiti da quelli virtuali. Se la realtà aumentata mira ad arricchire la realtà di informazioni utili per l’espletamento di compiti complessi, la realtà virtuale mira a sostituire il mondo reale con uno simulato.

Realtà Virtuale (Virtual Reality – VR)

La Realtà Virtuale è una realtà completamente artificiale, con le seguenti caratteristiche:

– Simulazione: modello della realtà che consente di valutare e prevedere lo svolgersi dinamico di una serie di eventi susseguenti all’imposizione di certe condizioni da parte dell’utente.
– Interazione: la possibilità dell’utente di modificare l’ambiente e, da parte dell’ambiente, di rispondere alle azioni dell’utente. Dà una misura del realismo della simulazione.
– Immersione: il calarsi completamente nel mondo virtuale, a livello sensoriale, tramite interfacce. Dà una misura della percezione del mondo virtuale come esistente.
– Presenza: La sensazione mentale di essere in uno spazio virtuale, che dà una misura del coinvolgimento dell’utente.

La VR sostituisce il mondo reale con un mondo assolutamente artificiale generato dal computer e non permette all’utente, immerso nell’ambiente fittizio, la visione dello spazio che lo circonda; è nata come tecnologia dedicata all’intrattenimento nel mondo consumer ma è entrata nell’ambito industriale per supportare le fasi di progettazione e di addestramento professionale.

Per sperimentare la VR sono necessari quattro elementi:

– un ambiente virtuale;
– immersione (fisica e mentale) che dà il senso di ‘presenza’ nell’ambiente virtuale. Può essere uno stato puramente mentale o realizzato con mezzi fisici (es. simulatori di volo);
– feedback sensoriale visivo/auditivo/tattile inviato all’utente;
– interattività: in un’esperienza di realtà virtuale, i partecipanti si possono muovere e interagire.

Utilizzi della realtà virtuale

LA VR permette di lavorare in un ambiente virtuale quando nell’ambiente fisico è troppo costoso, impraticabile, impossibile o pericoloso. Tramite l’uso di simulatori, la VR consente di addestrare il personale per ridurre i rischi dovuti all’addestramento reale svolto in condizioni pericolose (piloti, chirurghi, ecc.), o per imparare a utilizzare veicoli o macchinari e impianti costosi (ruspe, macchine utensili, impianti chimici). Oltre che in ambito industriale, la VR ha molte applicazioni in ambito militare, in architettura, nella tutela del patrimonio artistico- culturale e nell’Entertainment.

Realtà Aumentata (Augmented Reality – AR)

La realtà aumentata è una visione diretta o indiretta dell’ambiente reale i cui elementi sono amplificati o aumentati utilizzando audio, video, grafica, o dati GPS, per ottenere una realtà mista sovrapponendo alla realtà percepita dal soggetto una realtà virtuale generata dal computer, in cui la percezione del mondo dell’utilizzatore viene ‘aumentata’ da oggetti virtuali che forniscono informazioni supplementari sull’ambiente reale. A differenza della VR, la AR si usa quando l’obiettivo è integrare la percezione dell’utente di un mondo reale attraverso l’aggiunta di oggetti virtuali.
L’informazione aggiuntiva può consistere in oggetti virtuali posti nell’ambiente o nella visualizzazione di informazione relativa a oggetti esistenti, come uno schema elettrico un manuale tecnico.

Per le applicazioni basate sulla AR sono utilizzati due tipi di dispositivi.

Dispositivi mobili (smartphone e tablet). Le applicazioni AR utilizzano la telecamera del dispositivo mobile per acquisire il mondo reale e sono in grado, a partire dalle immagini riprese, di riconoscere gli oggetti o le componenti inquadrate associando l’ambiente fisico con la sua controparte virtuale sotto forma di un gemello digitale (digital twin) e fanno apparire sullo schermo oggetti virtuali, informazioni supplementari, misurazioni e dati sovrapposti alle immagini reali, ‘aumentando’ così la realtà.
Occhiali, visori e caschi per AR. I visori (smart glasses) e i caschi (headset) per AR, contrariamente a quelli per VR, non immergono gli utenti in un ambiente completamente virtuale, ma si limitano ad aggiungere oggetti virtuali al mondo reale. Gli ‘head mounted display’ indossati dagli operatori rendono possibile l’immediata visualizzazione di informazioni riguardanti i componenti presenti nella postazione di lavoro, indicano come vanno assemblati e verificano che il prodotto sia assemblato correttamente, intervenendo con segnali di avviso sullo schermo del visore in caso di difformità.
Possono essere catalogati come sistemi di AR tutte le applicazioni che incrementano la percezione visiva dello spazio fisico con immagini dello spazio virtuale, in modo che entrambi gli ambienti, reale e virtuale, sembrino coesistere e l’utente possa muoversi e interagire liberamente con essi.

Utilizzi della realtà aumentata

In ambiente industriale, la AR è largamente utilizzata nei sistemi di produzione, manutenzione e controllo dei processi industriali, per la manutenzione di impianti e macchinari, e nella logistica di magazzino.

Realtà Mista (Mixed Reality – MR)

La Mixed Reality evoluta negli ultimi anni in Hybrid Reality, è la fusione di ambienti reali e virtuali per creare nuovi ambienti e scenari. In questo ambiente, esistono e possono interagire in tempo reale entità digitali e reali; e in questo senso oggi il suo raggio d’azione ingloba anche la ‘virtualità aumentata’ che in precedenza, a livello teorico, era stata formalizzata come indipendente.
Un esempio di realtà mista/ibrida può essere quello di un operatore che utilizza un’applicazione immersiva di realtà virtuale tramite un casco o un visore che lo isolano dall’ambiente fisico. Grazie a questo può essere monitorato e guidato per evitare che inciampi o vada a sbattere contro oggetti dell’ambiente fisico.
Per la mixed reality possono essere utilizzati diversi dispositivi come:
– dispositivi olografici: caschi con lenti trasparenti che permettono di vedere l’ambiente circostante, mentre gli oggetti virtuali sono generati tramite ologrammi.
– dispositivi immersivi: caschi con lenti che bloccano completamente la visione del mondo reale, come i caschi per VR, ma sono dotati di telecamere per monitorare il mondo reale.