VIRTUAL REALITY TOOLBOX Il Virtual Reality Toolbox permette di visualizzare e di interagire con le simulazioni di sistemi dinamici in un ambiente di realtà virtuale a 3 dimensioni. Il toolbox collega MATLAB e Simulink mediante i grafici della realtà virtuale, abilitando MATLAB o Simulink a controllare la posizione, la rotazione e le dimensioni delle immagini 3D definite nell ambiente della realtà virtuale. Il risultato e una rappresentazione animata in 3D, attraverso la quale e possibile vedere la composizione e la realizzazione pratica di tutti i sistemi dinamici creati con Simulink. CARATTERISTICHE PRINCIPALI: Collega i segnali dal Simulink al mondo della realtà virtuale per controllarne alcune proprietà, per esempio il movimento di oggetti nella realtà virtuale. Include tools per vedere e costruire una realtà virtuale. Produce registrazioni video che nei formati AVI e WRL. Interagisce con simulazioni in tempo reale. Include funzioni MATLAB per ripristinare e per modificare le proprietà del mondo virtuale. E possibile connetterlo a dispositivi hardware di input, quali il joystick, Magellan SpaceMouse e Logitech SpaceBall 5000. COLLEGAMENTO DA SIMULINK AL MONDO VIRTUALE: Il Virtual Reality Toolbox permette di collegare il modello Simulink ai file della realtà virtuale attraverso un file standard di ricerca. Dopo aver realizzato il collegamento con un file del mondo virtuale, il toolbox fornisce un interfaccia per trasferire i segnali di Simulink, per controllare i parametri della realtà virtuale, per le immagini e i progetti definiti in quel file. Mediante questo approccio e possibile controllare la posizione, la rotazione e la dimensione di un immagine utilizzata per rappresentare il movimento e la deformazione di un oggetto fisico. Si possono modellare la posizione e l orientamento di un immagine per riprodurre il movimento di oggetti nel mondo virtuale. 1
TOOLS PER VISUALIZZARE E PER COSTRUIRE I MONDI VIRTUALI: E possibile creare dei mondi virtuali guidati dall ambiente Simulink utilizzando lo standard Virtual Reality Modeling Language (VRML). Il Virtual Reality Toolbox fornisce un ambiente di lavoro completo,dotato di: Svariati VRML editor per creare mondi di realtà virtuale. Un VRML viewer per mostrare mondi di realtà virtuale. VRML EDITORS: Esistono vari tipi di editors in MATLAB, il più semplice da utilizzare e con una GUI più user-friendly è il V-Realm Builder 2.0. Purtroppo questo editor non è multipiattaforma, ma funziona solo sotto un ambiente di lavoro WINDOWS, comunque per gli utenti LINUX E MACOS esistono altri editor come il 3D World editor, che sono leggermente più complessi. Il V-Realm Builder 2.0 nel Virtual Reality Toolbox permette di creare immagini di oggetti fisici utilizzando VRML. E anche possibile usare il Virtual Reality Toolbox con un interfaccia che segue gli standard VRML 97. Questa interfaccia permette di importare oggetti 3D da molti pacchetti CAD, fornendo un processo efficiente per creare modelli visivi dettagliati. Le versioni più comuni di MATLAB per WINDOWS potrebbero non includere nativamente questo tool, ma è possibile installarlo dando due semplici istruzioni da riga di comando. Per far ciò portiamoci sulla command window di MATLAB e digitiamo i seguenti comandi: vrinstall (INVIO) vrinstall install editor (INVIO) Dopo il primo comando partirà l installazione dei pacchetti Blauxx contact necessari per l utilizzo dell editor. Dopo aver dato il secondo comando l installazione è completata. A questo punto andiamo nella home di MATLAB, quindi su FILE, poi nel menù a tendina su PREFERENCES, si aprirà una finestra con un menù a cascata sulla sinistra. Selezioniamo la voce Simulink 3D Animation e sulla destra selezioniamo V-Realm Builder dalle opzioni del menù. Fatto ciò confermiamo il tutto e siamo pronti ad utilizzare l editor. 2
Esempio di utilizzo del VRML toolbox: 1. Aprite Simulink cliccando l icona sull interfaccia di Matlab (si aprirà la Library contenente tutte le risorse del Simulink). 2. Nella colonna di sinistra della Simulink Library Browser trovate il toolbox Simulink 3D Animation, selezionatelo. 3. Trascinare il blocco VR-Sink sul foglio (modello) di lavoro. 4. Cliccando aprite il box di VR-Sink. 5. Cliccando su New viene aperto il V- Realm Builder 2.0. 6. Creare un nuovo file di lavoro cliccando su New ( File -> New). 7. Sulla finestra di lavoro trovate tutte le icone che rappresentano gli strumenti per creare/modificare, modellare la realtà virtuale (essenziali per questi primi progetti sono le icone presenti nell ultima riga). 3
8. Cliccando le icone inserite strumenti da utilizzare con i quali settare: dimensione e forma geometrica del corpo, punto di vista, ambiente circostante, informazioni sul moto del corpo, ecc. 9. Fondamentale inserire un Viewpoint e a discrezione i diversi tipi di luce. 10. Inserire le InfoNavigation. 11. Inserire un BackGround ; le informazioni relative allo sfondo vengono aggiunte sulla colonna di sinistra dalla quale è possibile apportare modifiche. Il colore del terreno è suddiviso in 3 zone (partendo dal basso), le quali possono essere aumentate e cambiate singolarmente Il colore del cielo (come x il terreno) è suddiviso in 3 zone le quali possono cambiare colore singolarmente 4
12. Inserire la forma geometrica del corpo. Proprietà del moto della forma geometrica Materiale fella forma (permette di scegliere i diversi colori ) Permette di modificare la geometria del corpo Importante al fine di collegare le varie proprietà al modello Simulink, si deve rinominare l oggetto da collegare (nel nostro caso da Transform a Cono). In questo modo compariranno nelle proprietà del VR-Sink le opzioni di spunta di rotazione, traslazione ecc.. 13. Scelte le proprietà del corpo, salvare il progetto della realtà virtuale nella cartella di lavoro (verrà salvato con estensione.wrl). 5
Immissione della realtà virtuale creata nel progetto Simulink: 1. Aprire il blocco Vr-Sink presente nello schema Simulink. 2. Cliccare il tasto Browse e caricare il file del mondo virtuale precedentemente salvato. 6
Scegliere le entrate che il blocco Vr-Sink deve avere ( nel nostro caso Rotazione e Traslazione) 3. Cliccare su Apply e il la nostra rappresentazione virtuale è pronta. 4. Collegare le uscite dello schema Simulink relative alla traslazione nell entrata translation.(nome del corpo). 5. Inserire dalle utilities di Virtual Reality Toolbox (dalla libreria di Simulink) il box Rotation Matrix to WRML Rotation che permette di trasformare le 9 entrate della matrice di rotazione in un unica uscita compatibile cola rotazione del corpo nella realtà virtuale. 6. Il blocco Rotation Matrix to WRML Rotation deve essere collegato: in entrata alle 9 componenti della matrice di rotazione e in uscita al VR-Sink nell entrata rotation.(nome del corpo). 7
Il Simple Time indica la scansione del tempo di simulazione e permettere di decidere la velocita del moto del corpo (più è piccolo il valore e più lenta sarà la simulazione). 8
Per i più esigenti È possibile non accontentarsi di un Background semplice come quello di default del V- Realm Builder 2.0. Se si vuole dare allo sfondo un aspetto più simile al mondo reale è possibile dare ad una piccola parte la forma di una montagna, di un lago o una strada e colorarla a nostro piacimento. Passi per creare un piccolo sfondo montano: 1. Una volta messo il Background di base e scelto i colori più adatti, inserire una Griglia di Elevazione (Elevation Grid). 2. Cliccare sulla geometria della Griglia (nella colonna di sinistra sotto la voce Geometry). Da qui è possibile modificare la nostra griglia; si possono scegliere le dimensioni alzare e abbassare i livelli. 3. Ogni nodo della griglia può essere alzato o abbassato: selezionare la freccetta tra i tasti sovrastanti la figura e alzare o abbassare i nodi della griglia a nostro piacimento. 9
4. Nella seconda scheda (della stessa finestra: Elevation e Color) è possibile colorare la griglia per farla sembrare più reale. Il progetto sul corpo Rigido è il primo lavoro che affrontiamo inerente al nostro futuro lavoro di Ingegneri dell Automazione. Se pur il lavoro viene considerato completo anche senza la realizzazione in Realtà Virtuale, quest ultima è altamente consigliata per avere un riscontro visivo su ciò che succede al nostro corpo. Inoltre la realizzazione di una realtà virtuale basilare come quella descritta nei passaggi precedenti risulta molto semplice e veloce dando, allo stesso tempo, un grande effetto visivo a chiunque la guardi. Antonio Scrima Matteo De Petrillo Daniele Seimonte (revisione 2010) 10
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