PROGETTO ESCAVATORE VIRTUALE

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1 PROGETTO ESCAVATORE VIRTUALE Facoltà di Ingegneria Industriale Corso di Laurea in Ingegneria Meccanica Anno Accademico Matteo Condoleo 1

2 OBBIETTIVI Il presente progetto è stato realizzato per simulare il funzionamento e l utilizzo virtuale da parte di un operatore di un escavatore a cingoli. Gli obbiettivi principali di questa parte di lavoro sono stati: - realizzare uno scenario virtuale con un escavatore virtuale attraverso il software Virtools - impostare il punto di vista virtuale all interno dell escavatore e fare in modo che questo cambi seguendo il movimento reale dell utente - impostare la visualizzazione del punto di vista virtuale all interno di un caschetto per la visione in realtà aumentata 2

3 REALIZZAZIONE DELL ESCAVATORE VIRTUALE Per realizzare l escavatore virtuale si è partiti da un file cad di un escavatore gia esistente. Questo file è stato importato in Virtools tramite una conversione in file 3Dxml In Virtools sono stati creati diversi materiali da applicare alle varie parti dello scavatore, in quanto il formato 3dxml non importa i materiali esistenti nel file cad. 3

4 REALIZZAZIONE SCENARIO VIRTUALE E stato creato uno scenario dove posizionare l escavatore virtuale per le prime prove, utilizzandone uno gia esistente all interno di Virtools e modificandolo in parte. 4

5 MOVIMENTAZIONE DELL ESCAVATORE Bisogna provvedere alla movimentazione del braccio dell escavatore (3 gdl) e della struttura superiore (1 gdl). La movimentazione è stata fatta inizialmente utilizzando la tastiera come controller. Ad ogni input della tastiera la rotazione della parte interessata viene incrementata di un piccolo angolo. I due bracci e la pala dell escavatore ruotano uno relativamente all altro secondo una gerarchia predefinita 5

6 SCHEMA PER ROTAZIONE BRACCIO ESCAVATORE Il movimento dei vari bracci è limitato nella rotazione superiormente ed inferiormente per simulare le reali caratteristiche di funzionamento. 6

7 Lo script per il movimento creato tiene conto della collisione della pala con eventuali ostacoli (cingoli dell escavatore, alberi o rocce). Quando è rilevata una collisione il movimento viene invertito per un istante nella direzione opposta. In questo modo la pala non penetra mai 7 nell ostacolo.

8 DICHIARAZIONE DEGLI OSTACOLI E COLLISION DETECTION 8

9 MOVIMENTAZIONE DEI CILINDRI IDRAULICI Sono stati creati dei sistemi di riferimento posizionati nei punti di rotazione dei vari cilindri. 9

10 MOVIMENTAZIONE DEI CILINDRI IDRAULICI Tramite il b.b. look at si riesce a far orientare il cilindro esterno giallo verso il perno del braccio successivo. Quindi mettendo in gerarchia il cilindro interno grigio al di sotto di quello esterno giallo e con il b.b keep at costant distance si riesce a far scorrere il cilindro interno dentro a quello esterno. 10

11 MOVIMENTAZIONE PALA 11

12 MOVIMENTAZIONE STRUTTURA SUPERIORE 12

13 MOVIMENTAZIONE ESCAVATORE SU TERRENO L escavatore può muoversi in avanti ed indietro e curvare grazie all utilizzo di una macchina virtuale posizionata sotto di esso. La macchina virtuale viene poi resa invisibile 13

14 MOVIMENTAZIONE DELL ESCAVATORE SU TERRENO 14

15 PUNTO DI VISTA VIRTUALE Il punto di vista virtuale all interno della cabina comando si dovrà muovere come il caschetto, tramite i dati ricevuti dal sistema di tracciamento. 15

16 DAL TRACCIAMETO A VIRTOOLS Tramite il b.b vrpn tracker virtools è in grado di ricevere i 2 vettori di spostamento e rotazione dell hmd provenienti dal tracciamento. Quindi tramite set position e set quaternion orientation la camera caschetto ruoterà e traslerà secondo i dati del sistema di tracciamento. 16

17 CALIBRAZIONE DEL PUNTO DI Calibrare la camera virtuale significa correggere eventuali errori di movimento (ad esempio uno spostamento lungo x reale che diventa lungo y in virtuale) e fare in modo che la camera sia posizionata vicino al poggiatesta all inizio della scena. Bisogna infine impostare la giusta scala del movimento VISTA VIRTUALE 17

18 CALIBRAZIONE DEL PUNTO DI VISTA VIRTUALE Se viene effettuata una buona calibrazione, durante la fase di visualizzazione dell immagine all interno dell hmd si dovrà constatare una congruenza degli spostamenti e di posizionamento degli oggetti virtuali con quelli reali (per esempio il sedile vero dovrà sovrapporsi in visualizzazione a quello virtuale). 18

19 VIBRAZIONE DELLA CAMERA Un inconveniente riscontrato durante la fase di calibrazione è stata l eccessiva vibrazione dell orientamento della camera, provocata dal rumore del segnale che continuava ad oscillare. Il problema è stato risolto aumentando il filtro del segnale dell orientamento tramite il programma tracking tools. Il filtro è in grado di mediare il segnale nel tempo in maniera più o meno accentuata a seconda del valore impostato, impedendo quindi un segnale molto mutevole ed instabile. 19

20 HMD L hmd per realizzare una visione stereoscopica deve ricevere le immagini tramite il player di virtools Vrplayer. Per far in modo che l immagine sia suddivisa correttamente sui due schermi dell hmd si deve innanzitutto impostare lo schermo secondario di windows,dove verrà fatto partire Vrplayer, in modo che questo abbia la risoluzione richiesta dall hmd, ovvero 2560 x Successivamente la scheda grafica dell hmd dividerà l immagine in 2 con risoluzione 1280 x 1024 ciascuna e realizzerà la visione stereoscopica. 20

21 CALIBRAZIONE DEL PUNTO DI VISTA ALL INTERNO DELL HMD L utente ha la possibilità di regolare diversi parametri per adattare al meglio il dispositivo alla propria testa. L utente cercherà di trovare un compromesso tra comodità e possibilità di vedere correttamente le immagini attraverso i visori. Di conseguenza, anche a causa della diversa conformazione della testa tra un utente e l altro, ognuno indosserà il dispositivo in maniera differente. 21

22 L obbiettivo dell utente è quello di allineare le due linee perpendicolari blu all interno dell area delimitata della scacchiera, di modo da avere una corretta orientazione della camera rispetto al punto di vista reale dell utente ed evitare di avere una visione distorta anche con la testa dritta. 22

23 MIGLIORIE POSSIBILI Creazione di un movimento più realistico dei cingoli dell escavatore e l aggiunta di dettagli quali suoni, vibrazioni ed altro per rendere il movimento dell escavatore ancora più realistico. Anche lo scenario può essere migliorato aggiungendo nuovi dettagli come polvere, altri escavatori in movimento ecc. Il metodo utilizzato per la movimentazione dei bracci e dei cilindri idraulici può essere migliorato e semplificato utilizzando nuove idee e nuovi b.b. Implementare un movimento di tutto lo scavatore senza usare una macchina virtuale ma creando una fisica di movimento ad hoc. La visualizzazione stereoscopica tramite Hmd ed il tracciamento permettono di immergersi nella realtà virtuale dello scenario creato, permettendo al tempo stesso di avere una visione del seating buck reale. Ulteriori sviluppi di questa fase possono essere il cambiamento della tecnologia utilizzata per la visualizzazione (l hmd ha lo svantaggio di essere pesante sulla testa) utilizzando per esempio occhiali 3d e proiettore. Utilizzare se disponibile un joysick con force feedback ed un sistema di seduta dinamico in grado di ricreare le vibrazioni ed il cambiamento di inclinazione della cabina durante l utilizzo 23

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