Cos’è la Realtà Aumentata (AR) e come funziona?

La  realtà  aumentata  (AR)  è  un  mezzo  tramite  il  quale  vengono  aggiunte informazioni al mondo fisico. Tuttavia ci sono molti modi diversi per aggiungere o modificare l’informazione. Prendendo questa definizione così com’è possiamo considerare qualunque cosa realtà aumentata; infatti al giorno d’oggi questo termine  è  molto diffuso e non è chiaro esattamente il suo significato.

Alcune fonti utilizzano un significato molto ampio del termine, mentre altre optano per un significato specifico di esso. Nel tempo diventerà evidente ciò che si intende con queste parole, ma al momento viene applicato in ambiti differenti come ad esempio i sistemi di mappatura GPS, manipolazione dei codici a barre, applicazioni mobili che aggiungono oggetti virtuali al mondo reale tramite dispositivi quali gli smartglass.

Lo studioso Ronald T. Azuma afferma che ci sono tre caratteristiche che definiscono la realtà aumentata:

• combinazione tra il mondo reale e virtuale;
• interazione in tempo reale;
• rappresentazione degli oggetti in 3D.

Gli aspetti chiave di questa tecnologia sono:

• sovrapposizione ad una visione del mondo fisico di informazioni digitali;
• visualizzazione di informazioni come se appartenessero al mondo fisico;
• dipendenza delle informazioni visualizzate dalla posizione nel mondo reale e dalla prospettiva fisica della persona;
• interattività dell’esperienza di realtà aumentata, una persona è in grado di rilevare le informazioni e modificarle, se lo desidera. Il livello di interattività può spaziare dal semplice cambiamento del punto di vista fisico, fino a creare nuove informazioni.

 Informazioni per aumentare la realtà

La  realtà  aumentata  consente la sovrapposizione di informazioni digitali sul mondo fisico; con informazioni digitali, si intende una simulazione al computer oppure copie di informazioni reali rappresentate digitalmente.

Essa  può  essere  statica,  come  ad  esempio  una  fotografia  digitale,  un modello grafico 3D o una registrazione digitale di un suono, oppure può essere basata dinamicamente sull’evoluzione di una simulazione dei dati ricevuti da un sensore o da altre fonti di informazioni dinamiche.

Un aspetto importante della realtà aumentata è che si “rimane” nel mondo  fisico  a  differenza  di  altri media,  come  ad  esempio  la  realtà  virtuale  e  il cinema,  nei  quali  l’obiettivo è  quello  di  mettere l’utente  in  uno  scenario  in cui il mondo fisico non è visibile o udibile.

I sistemi di realtà virtuale, basati su un display montato sulla testa dell’utente, precludono la visione del mondo fisico; nel cinema, invece, le luci sono oscurate e le persone sono in silenzio. In questi modi gli unici segnali che vanno ad influire sulla vista e sull’udito dell’utente sono quelli del mondo virtuale o del film, rispettivamente.

Nella  realtà  aumentata  la  percezione  del  mondo  fisico  che  ha  l’utente, basata su vista, udito, olfatto, tatto e gusto, non viene intaccata in alcun modo  dal  dispositivo  utilizzato. Ad  esempio  con  i  più  moderni smartglass il  mondo  fisico  può  essere  osservato  perchè  il  display  è  realizzato  mediante quella che viene chiamata ottica see-through; nel caso di informazioni audio possono essere utilizzate cuffie o auricolari che non devono escludono gli utenti dai suoni provenienti dal mondo fisico.

Visualizzazione delle informazioni in realtà aumentata

Un’idea chiave per la realtà aumentata è che le informazioni digitali visualizzate hanno una posizione nel mondo reale come la loro controparte fisica. Ad esempio, se l’informazione digitale visualizzata come parte di un’esperienza di realtà aumentata è un vaso, esso si troverà in una posizione che è indipendente da dove lo spettatore è situato.  Se la persona che visualizza il vaso va verso  l’altro  lato  del  tavolo  essa vedrà l’altro  lato  del  vaso,  ma  il  vaso  non si  muoverà  in  base  al  movimento  dello  spettatore.  Naturalmente  la  persona  può  scegliere  di  spostare  il  vaso,  ma  esso  ha  una  posizione  specifica nel mondo fisico che non cambierà a meno che la persona lo decida attivamente.

Ovviamente  nella  realtà aumentata  ci  possono  essere  più opzioni su come interagire con il vaso rispetto al mondo reale: si potrebbero avere poteri “magici” che consentono di far levitare il vaso, ma generalmente gli oggetti digitali tenderanno a comportarsi come il loro equivalente nel mondo reale.

Il  problema  è  che  la  visualizzazione  degli  oggetti  nel  mondo  reale  deve essere molto precisa sia nello spazio che nel tempo. Uno degli ostacoli tecnologici in un sistema AR è proprio quello dello spazio,  cioè l’oggetto digitale deve essere collocato nel mondo fisico con tolleranze molto strette, a seconda dell’applicazione. Riportandoci all’esempio del vaso, potrebbe andare bene una tolleranza di mezzo centimetro. Tuttavia, per un chirurgo che utilizza la realtà aumentata per facilitare l’esecuzione di un intervento chirurgico, un errore di mezzo centimetro potrebbe essere mortale.

La  precisione  temporale  è  ancora  più  difficile  da  ottenere  a  causa  del ritardo generato dalla lavorazione delle informazioni. Dato che la visione di un oggetto dipende dal punto di vista, l’oggetto deve essere renderizzato ogni volta che lo spettatore cambia, anche leggermente, il punto di vista. Se ci fosse un ritardo nel sistema e lo spettatore cambiasse la sua prospettiva molto rapidamente, il ritardo nell’elaborazione potrebbe risultare notevole nella scena vista dallo spettatore.

Fattori influenti nella visualizzazione dell’informazione

Un  aspetto  chiave  della  realtà  aumentata  è  che  il  punto  di  vista  fisico dell’utente è preso in considerazione come nel mondo reale. Ogni occhio fissa un proprio punto di vista; la differenza di prospettiva causata da questo fatto permette  di  percepire  la  tridimensionalità  dell’oggetto  che  si  sta  guardando Questo meccanismo deve essere creata nell’oggetto digitale visualizzato simulando così il punto di vista dello spettatore.

La visualizzazione nello spazio può essere assoluta (un luogo specifico sulla Terra) o relativa (rispetto a qualche oggetto). Un esempio di applicazione che utilizza la visualizzazione spaziale assoluta è quello che permette di vedere  come  sarà  un  edificio  non  ancora  costruito,  osservando  le  fondamenta. Un esempio di applicazione con visualizzazione relativa, invece, è quello che mostra la struttura interna di un oggetto, come il circuito e le componenti interne di una calcolatrice. La visualizzazione viene effettuata in relazione a tale oggetto piuttosto che ad un punto assoluto sulla Terra.

Come funziona la realtà aumentata? 

Per  illustrare  il  funzionamento  della  realtà  aumentata  a  un  livello  molto astratto  si  comincia descrivendo  le  applicazioni  di  realtà  aumentata  come un processo diviso in due fasi, per poi passare all’esposizione dei diversi tipi di tecnologia che possono essere  utilizzate.

Le due fasi accennate in precedenza sono:

• determinare lo stato attuale del mondo fisico e del mondo virtuale;
• visualizzare il mondo virtuale in relazione al mondo reale in modo che l’utente percepisca gli elementi del mondo virtuale come parte integrante del mondo fisico.

Considerando questi due passaggi, si può vedere facilmente che molti metodi diversi potrebbero essere utilizzati per la loro realizzazione e molte tecnologie potrebbero essere impiegate per implementare tali  metodi.

I componenti principali di un sistema di realtà aumentata utili a sostenere i passi appena elencati sono tre:

1. sensori utili a determinare lo stato del mondo fisico in cui l’applicazione opera;
2. un processore per valutare i dati del sensore, per visualizzare le immagini sul display, e per simulare le leggi della fisica;
3. un display adatto a creare l’impressione che il mondo virtuale ed il mondo reale siano coesistenti.

Si potrebbe considerare inoltre una quarta categoria composta dai dispositivi di input; tuttavia, questi sono in realtà sensori a cui l’utente fissa attivamente i valori.