PROGETTO POR CAMPANIA FESR 2007/2013 A VALERE SULLE RISORSE DEGLI O.O. 2.1 E 2.2 - OPERAZIONE ECOTURISMO URBANO PER LA FRUIZIONE DEI BENI CULTURALI IN CAMPANIA ATTIVITÀ DI SVILUPPO, SET-UP E MODELLAZIONE DI SCENARI COMPLESSI DINAMICI E MULTI-FISICI IN AMBIENTI DI REALTÀ VIRTUALE IMMERSIVA RELAZIONE TRIMESTRALE novembre 2014 Il tutor Il collaboratore Prof.ing. Luigi Maffei ing. Francesco Sorrentino
INDICE 1. PRESENTAZIONE OBIETTIVO DI RICERCA pag. 1 2. IL SOUNDSCAPE DEL SITO ARCHEOLOGICO DI POMPEI pag. 2 3. L ACUSTICA DEL TEATRO GRANDE pag. 4 4. INTRODUZIONE ALLA REALTA VIRTUALE pag. 7 5. RIFERIMENTI BIBLIOGRAFICI pag.10
1. PRESENTAZIONE OBIETTIVO DI RICERCA L obiettivo del presente progetto è quello di implementare soluzioni tecniche che consentano di fornire ai turisti dell area archeologica di Pompei una fruibilità dell area in modalità multisensoriale. Nella visita ad un area archeologica, infatti, le sensazioni legate alla visione sono sempre state considerate prioritarie, se non esclusive. Tuttavia la sola rappresentazione visiva non può risultare ecologicamente valida se non si considera la sua integrazione con l esperienza acustica dell area, mediante l utilizzo di tecniche di auralizzazione tridimensionali. L applicabilità ed il gradimento di alcuni interventi atti a migliorare la qualità acustica dei luoghi all interno dell area archeologica, nonché la fruibilità del sito nel suo complesso, devono essere studiati secondo un approccio olistico, come riportato dalla letteratura più recente sul Soundscape. Devono inoltre riguardare, oltre che le aree maggiormente frequentate, anche i luoghi in cui si verifica un minor trasferimento di informazioni al turista e quelli maggiormente disturbati per la presenza di sorgenti sonore esterne e non coerenti con il soundscape atteso. Parallelamente, esistono ulteriori siti, più specifici e di grande interesse, che non possono in alcun modo essere fruiti dai turisti se non attraverso la loro ricostruzione virtuale integrata con la propria signature acustica. Un esempio è rappresentato dal Teatro Grande di Pompei le cui modellazioni grafiche tridimensionali devono essere inevitabilmente integrate dalle risposte all impulso binaurali prodotte per ciascuna posizione relativa sorgente-ricevitori oltre che dall orientamento della testa del soggetto nel piano orizzontale e sagittale. In questo modo ciascun suono anecoico riprodotto potrà essere auralizzato nella sua completezza per essere percepito correttamente dai suoi fruitori. L implementazione e l integrazione di queste tecniche di auralizzazione tridimensionali devono essere testate attraverso la realizzazione di casi studio. Per questo scopo è stata predisposta la 1
modellazione virtuale di un piccolo ambiente dell area archeologica in cui verranno sperimentate e verificate queste tecniche. 2. IL SOUNDSCAPE DEL SITO ARCHEOLOGICO DI POMPEI La qualità del paesaggio sonoro (soundscape) nell area archeologica di Pompei può contribuire in maniera importante al giudizio globale del turista relativamente alla gradevolezza della visita. Tale fattore assume importanza anche in relazione alla presenza all interno del sito dei due antichi teatri all aperto (il Teatro Grande e l Odeon). Tuttavia, i rumori dell ambiente circostante, dovuti alla presenza di infrastrutture stradali e ferroviarie costituiscono una minaccia per le peculiarità acustiche del luogo, rischiando di trasformare l area archeologica in una sorta di museo rumoroso. Allo scopo di migliorare la gradevolezza dell area e rendere la visita più piacevole sono state suggerite alcune strategie per la valorizzazione dell area archeologica indirizzate a distribuire il flusso di visitatori, (evitando che si creino aree maggiormente frequentate, con concentrazioni di voci o rumori turistici, ed aree silenziose meno preferite in quanto poco attrattive), ed inserire suoni informativi (con la finalità di mascherare la loudness prodotta da sorgenti estranee al soundscape o allietare l ambiente sonoro dell area archeologica) [1-2]. Un esempio consiste nell installazione di sculture sonore. Si tratta di oggetti di sound design che, mimetizzandosi con la vegetazione, nascondono degli altoparlanti i cui suoni emessi devono essere calibrati e devono adattarsi in tempo reale in funzione della rumorosità esterna (livello, composizione spettrale, andamento temporale). Altra soluzione può essere rappresentata dalla disposizione di video, con immagini e suoni della vita antica a Pompei, che accompagnano piacevolmente il visitatore lungo il percorso. Altra strategia è quella di allestire nei siti caratterizzati da un alta densità di stazionamento delle botteghe sonore con i suoni tipici delle attività che si svolgevano in epoca 2
romana. In tal caso la ricostruzione del campo acustico all interno di questi ambienti diventa determinante al fine di rendere un quadro completo della vita della città storica, definendone non solo il modo di vivere, ma anche il significato del vivere il luogo. Inoltre, al fine di ricreare la percezione acustica dei teatri romani, così come erano nel passato, può risultare efficace l installazione di una sorgente sonora che, adeguatamente filtrata attraverso la modellazione acustica tridimensionale del teatro nelle sue configurazioni: 1) passata; 2) attuale, permette di riprodurre in specifiche posizioni spaziali l esperienza che i cittadini antichi avevano dello svolgimento delle rappresentazioni all interno del teatro. L inserimento di pietre vive, ossia sculture in costume che opportunamente collocate fanno rivivere acusticamente questi luoghi per mezzo di un sistema di altoparlanti nascosti, può soddisfare questa esigenza, oltre che la curiosità dei visitatori sulle capacità acustiche degli teatri. a Figura 1- a.proposta di inserimento di sculture sonore per l area verde nei pressi dell anfiteatro; b.proposta di installazioni video per l itinerario Villa dei Misteri. [1-2] b 3
c d Figura 2- a.proposta di inserimento di sculture sonore per l itinerario fuori dalle mura; b.proposta di soundscape storici informativi all interno dell anfiteatro. [1-2] 3. L ACUSTICA DEL TEATRO GRANDE Il Teatro Grande di Pompei fu costruito in età sannitica nel II sec a.c. ed ha una forma a ferro di cavallo, distinguendosi dal modello tradizionale romano ad emiciclo. È stato ricostruito nel periodo romano principalmente nella zona della summa cavea e della scaena, la cui altezza fu portata allo stesso livello assumendo una forma scatolare chiusa. L'origine greca del teatro è inoltre denotabile anche dalla pendenza regolare della cavea (non su un arco di più livelli come per i teatri romani). a 4
Figura 3- Due vedute del GrandeTeatro di Pompei b Studi per valutare le proprietà del campo sonoro all interno del Grande Teatro sono stati condotti, mettendo a confronto attraverso software di modellazione tridimensionale i principali parametri acustici in tre diverse periodi storici: in epoca Romana (prima dell eruzione del 79 d.c.), ed in epoca moderna, facendo però distinzione tra il periodo precedente e quello successivo i lavori di ristrutturazione che hanno interessato la struttura nel 2010 e che hanno consentito di rendere il Grande Teatro fruibile per eventi quali concerti e manifestazioni [1-2]. a 5
12 4 11 3 10 2 9 1 8 7 6 5 P1 Figura 4- Modelli tridimensionali del Grande Teatro di Pompei utilizzati per Odeon 1985-2009 Licensed to: Seconda Universita di Napoli, Italy Restricted version - research and teaching only! modellazione acustica in Odeon b X Z O Y a b Figura 5 - Valori del tempo di riverbero (a) e del tempo di primo decadimento (b) in funzione della frequenza per le tre diverse configurazioni Lo modellazione acustica del sito ha consentito di valutare le differenze di alcuni parametri acustici (in figura sono riportati il Tempo di riverbero ed il Tempo di primo decadimento) che si sono determinate a seguito delle modificazioni subite dal teatro nelle diverse epoche storiche.. È possibile notare come il tempo di riverbero in epoca romana fosse sensibilmente più alto sia dei valori ante-intervento 2010 che post-intervento 2010. 6
4. INTRODUZIONE ALLA REALTA VIRTUALE La progettazione e l implementazione di tecniche e strumenti di scenari di Realtà Virtuale ha visto negli ultimi anni un crescente interesse e un conseguente notevole miglioramento nei risultati, grazie anche alla grande disponibilità di potenza computazionale, fornita dalle architetture multiprocessore e soprattutto dalle recenti schede programmabili per il processamento in tempo reale di dati. Il livello e la qualità dell'interazione, che a loro volta determinano il grado di immersione e coinvolgimento, distinguono le due fondamentali tipologie di Realtà Virtuale. Un primo approccio prevede l utilizzo di apparecchiature di dimensioni medio-piccole quali casco, guanti o tuta, cuffie o sistemi ambisonic per mezzo dei quali l'utente percepisce completamente l'ambiente fisico virtuale. La possibilità di interagire con movimenti di corpo, testa e arti aumenta la sensazione di presenza in quella dimensione che comportano l utilizzo di un singolo utente per volta: esempi tipici di queste strumentazioni sono: Head Mounted Display (HMD), casco dotato di monitor LCD posizionati davanti agli occhi, o Cave Automatic Virtual Environment (CAVE), una vera e propria piccola stanza in cui le pareti sono schermi a retroproiezione. L HMD è un dispositivo che presenta un piccolo display ottico (LCD o OLED) posizionato frontalmente ad ogni occhio. Allo scopo di creare la percezione di profondità delle immagini, viene mostrata sul display un immagine stereoscopica dei dati visivi generati dal computer, L immagine stereoscopica è ottenuta attraverso la vista di due immagini distinte, ognuna con prospettiva differente dello stesso oggetto, tale visione è in grado così di simulare la visione ottica dell uomo. Il CAVE consiste in una sala progettata per immergere completamente le persone nell ambiente virtuale. Esso consente ad una o più persone di sperimentare la sensazione di essere completamente circondato da un video 3D ad alta risoluzione. La stanza è costituita da tre schermi a proiezione posteriore per pareti ed uno schermo a proiezione inferiore per il pavimento, i 7
videoproiettori ad alta risoluzione mostrano immagini stereo generate da computer. Il punto di vista è determinato da un dispositivo di inseguimento indossato sulla testa e le mani dell utente, mentre la visione è resa possibile da un paio di occhiali stereo. Entrambe le tecniche devono essere necessariamente integrate con sistemi capaci di fornire all utente una stimolazione binaurale tridimensionale. Ciò può essere realizzato per mezzo di cuffie, procedendo alla convoluzione dei segnali anecoici con le specifiche risposte all impulso dell ambiente e con le funzioni di trasferimento HRTF dovute alla presenza del soggetto nel campo acustico in cui è immerso. Alternativamente la medesima ricostruzione del campo acustico tridimensionale può essere realizzata per mezzo di un sistema multicanale Ambisonic system, capace di riprodurre esattamente l ambiente sonoro esistente o ricostruito. Per l utilizzo di tale sistema è necessario combinare i suoni prodotti da sorgenti puntuali con quelli ambientali utilizzando le diverse tecniche di registrazione ed i diversi formati audio più adatti alla ricostruzione acustica virtuale (es. B-Format, D-Format) secondo le specifiche esigenze. a b Figura 6 - Sistemi di riproduzione degli ambienti di realtà virtuale: a. Head Mounted Display (HMD); b. Cave Automatic Virtual Environment (CAVE) Il secondo approccio, molto limitativo, prevede la simulazione di un ambiente che viene sperimentato dall'utente attraverso un video e delle cuffie. Tale sistema è noto come modalità Desktop. Esso comporta una bassa percezione dell ambiente virtuale circostante o della 8
collocazione degli oggetti virtuali in quanto la visione della realtà non è direttamente legata al soggetto. a b Figura 7 a.rappresentazione di un sistema ambisonic; b.esempio di Soundfield microphone; c.flow-chart del processo di riproduzione dello stimolo uditivo tridimensionale. c 9
5. RIFERIMENTI BIBLIOGRAFICI MAFFEI L., DI GABRIELE M., BRAMBILLA G., DE GREGORIO L., NATALE R. (2012). Valutazione del paesaggio sonoro dell area archeologica di Pompei. Atlante di Pompei. p. 321-330, Napoli:La scuola di Pitagora editrice. BRAMBILLA G., DE GREGORIO L., MAFFEI L., MASULLO M. (2007).Soundscape in the archeological area of Pompei. Proceedings of the 19th International Congress on Acoustics ICA 2007, Madrid 2-7 September 2007. IANNACE G., MAFFEI L., TREMATERRA P. (2011), The acoustic evolution of the large theatre of Pompeii. Proceedings of The Acoustics of Ancient Theatres EAA Conference, Patras, September 18-21, 2011, IANNACE G., TREMATERRA A. (2012). "Pompei: i luoghi dello spettacolo". Atlante di Pompei. Napoli: La scuola di Pitagora editrice KALAWSKY R. S. (1993), The science of Virtual Reality and Virtual Environments, Addison- Wesley. KIM G. (2005), Designing virtual reality systems : the structured approach, Springer. BURDEA G. e COFFET P. (2003), Virtual Reality Technology, 2 Edizione. Wiley-IEEE Press. 10