Simulazioni in Realtà Virtuale con sistemi multi-schermo

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1 Simulazioni in Realtà Virtuale con sistemi multi-schermo Alfredo Liverani

2 Obiettivo Sviluppo e realizzazione di sistema multischermo per la Realtà Virtuale Massima scalabilità Alta risoluzione Interfaccia multi-utente Costo medio basso Possibilità di manipolazione Facile da riconfigurare Alto livello di immersività

3 S tato dell arte: s is temi di vis ione CAVE Virtual Theatre Head Mounted Display BOOM Augmented Reality Sistemi di visualizzazione avanzata

4 S tato dell arte: imag e g enerators Multi-pipe graphic engine Alto costo di acquisto e manutenzione Graphic PC cluster Image generators Costo accettabile, ma necessità di aggiornamento frequente dell hardware e del software

5 I.R.R. Immers ive Reconfigurable Room A basso costo, scalabile, multi-user, reconfigurabile!!!

6 I.R.R. Immers ive Reconfigurable Room Stereoscopic vision Hardware Interaction devices Pinch Gloves PC Cluster Windows Platform Control Console

7 I.R.R. Visualizzazione di modelli di grandi dimens ioni (in alcuni cas i: in s cala reale) Si possono visualizzare modelli fino a 5 m Vani di aeroplani (es. interni) Carrozzerie di auto in scala reale Parti di edifici

8 Cubic: sistema a singolo modulo di visualizzazione Standardizzazione = scalabilità Stereo 1.9 m 2.5 m

9 IRR Immersive Reconfigurable Room CAVE-like Flat wall Rotazione delle pareti laterali

10 IRR Immersive Reconfigurable Room

11 Imag e g enerator: PC clus ter graphic servers Gigabit Ethernet Ciascun graphic server ha una copia replicata dello scenario mantenuta aggiornata in continuazione con le modifiche introdotte durante la simulazione nel Master View

12 S oftware: ambiente generale Librerie grafiche strutturate in C++ TGS Open Inventor Codice per la ges tione s eparata delle vis te ris petto allo s cenegraph Codice per la s icronizzazione dei graphic s ervers

13 S incronizzazione dei g raphic s ervers (1) Sincronizzazione hardware del segnale analogico Il segnale analogico in uscita da ciascuna scheda grafica (VGA, SVGA, XGA ), pur essendo fisso, in realtà varia leggermente da un graphic server all altro (fenomeni di flickering in stereo). Sulla base di questo segnale viene stabilita la sincronia per gli occhiali stereoscopici (infrarosso). Le schede video, tramite opportuno cavo di collegamento, sono in grado di emettere un segnale comune in sincronia.

14 S incronizzazione dei g raphic s ervers (2) Sincronizzazione software Ciascun graphic server elabora con velocità diverse lo scenario (frame rate), dovendo eseguire la rendering pipeline su parti di scenario diverse, quindi con complessità diversa. Il frame rate è variabile nel tempo. Il software, tramite collegamento in rete ad alta velocità, dovrà far sì che i graphic servers attendano quello più lento per lo swap buffer (aggiornamento dello schermo).

15 G raphic pipeline: proiezione pros pettica Ciascun cubic, controllato da un graphic server, deve elaborare una porzione di scenario corrispondente alle caratteristiche di visione tipiche dell uomo (circa 14 in orizzontale e 7 in verticale). Piano di proiezione Scenario Piramide di vista (Frustum)

16 Frus tum-bas ed projection -Z +Z (,, -d) (x, y, z) (x proj, y proj, ) + + = + = 1 )) / ( /(1 )) / ( /(1 ) / ( / 1 1 d z y d z x d z y x z y x d Proiezione prospettica

17 C onfig urazioni e loro utilizzo Le configurazioni sono state limitate a tre: CAVE-like setup 9 tra il cubic centrale e quelli laterali Simulatore Flat-wall 45 tra il cubic centrale e quelli laterali Ogni configurazione ha impostazione di visualizzazione molto diverse tra il cubic centrale e quelli laterali

18 C onfig urazione C AVE-like 3 viste con 3 camere virtuali (quindi 3 frusta che hanno in comune il punto dell osservatore)

19 CAVE-like setup Le matrici di proiezione sono similari perché gli schermi laterali hanno semplicemente gli assi coordinati ruotati rispetto al cubic centrale

20 C onfig urazione s imulatore Viewing Point Camera La visione ottimale si ottiene al centro di uno schermo cilindrico (o sferico) che può essere approssimato da tratti piatti, rappresentati dai cubics. La visione è leggermente deteriorata dalla mancanza di una zona di sovrapposizione tra le varie viste (di solito realizzata con fading dei proiettori).

21 C onfig urazione s imulatore 3 viste con 1 camera virtuale (quindi 1 frustum unico) [ciascuna vista elabora una porzione dello scenario] [la posizione corretta di visione è all intersezione delle normali degli schermi]

22 C onfig urazione flat-wall 3 viewports con 3 camere virtuali (quindi 3 frusta) [le viste laterali producono una off-axis projection] + +

23 Off-axis projection Il punto di vista è spostato rispetto alla normale al piano di proiezione.

24 I.R.R. Applicazioni Simulazione di volo Full-scale modeling Air Traffic Control in VR GIS Simulazione di ambienti Piping Addestramento in zone pericolose

25 C onclus ioni 1) Il sistema soddisfa completamente le specifiche iniziali; 2) La complessità dell hardware è stata ridotta grazie ad un intelligente standardizzazione; 4) I costi sono stati ridotti di 1 volte!!!! 5) Un sistema unico è in grado di soddisfare numerose necessità (ambienti immersivi, simulazione di volo o Realtà Virtuale interattiva). Auspicabile Utilizzare unità LCD per sostituire i pesanti e sempre bisognosi di taratura proiettori CRT.