Fotogrammetria

Ricostruzione e Programmazione 3D per fruizione virtuale caso di studio

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Lancia Applicazione di Fruizione 3D della ricostruzione del Laboratorio (Click sul bottone "Inizia Virtual Tour" e usa i tasti frecce per camminare e il mouse per ruotare la visuale. Clicca su un computer per ottenere informazioni da esso).

In questo post illustro velocemente un’ Applicazione 3D che permette la fruizione virtuale di un laboratorio ma che analgamente può essere implementata per ogni struttura adatta alla fruizione virtuale 3d interattiva e che, nel casi si diti istituzionali di università e dipartimenti, potrebbe essere messa a disposizione degli utenti del sito (tipicamente studenti), i quali, oltre a fruire delle normali informazioni testuali e fotografiche già presenti nelle consuete pagine web, possono utilizzare questa applicazione che gli permette di fare un tour virtuale 3D in una ricostruzione, ottimizzata ma fedele all’originale, e di interagire con gli elementi 3D in (pc, altri oggetti ecc) in essa contenuti, per avere informazioni in modo più interessante che su una semplice pagina di testo statico o per lanciare simulazioni di algoritmi sulle versioni virtuali dei pc. In modo da affascinare un generico studente indeciso se iscriversi o meno, fungere da vetrina tecnologica in grado di fornire applicazioni che non esistono su altri siti, aprire possibili futuri campi di interesse/applicazione della virtualità e/o alla fruizione 3D...

 Questo studio di fattibilità ed la pre-beta realizzata e utilizzabile in questo post ha il solo scopo di studio e didattica e ricerca e non ha alcun fine commerciale.

Applicazione 3D: Virtual tour dal sito web

La pagina web di fruizione 3d

Immagginate un Dipartimento Universitario che voglia fornire ai suoi futuri studenti, ancora indecisi se iscriversi o meno (ma anche agli studenti già iscritti), la possibilità di fruire* tramite il sito web del dipartimento di uno o più laboratori della struttura.

(*) Per Fruire qui intendo una esperienza di utilizzo ampia, ovvero non solo la possibilità di vedere e camminare virtualmente in una ricostruzione fedele in 3D del laboratorio e di interaggire con gli oggetti in esso presenti toccandoli virtualmente per ottenere informazioni e sapere cosa si realizza in quel laboratorio, che tipo di macchine ci sono e che software forniscono, ma anche fruire in modo più avanzato consentendo ad uno studente già iscritto di usare virtualmente quel pc da remoto avviando una sessione simulata o reale di connessione ftp al computer fisico usando il computer 3D del laboratorio, avviare algoritmi sul computer remoto e quindi fruire in remoto delle macchine fisiche del laboratorio accedendovi tramite la ricostruzione 3D interattiva del sito.

Tipicamente infatti sui siti Dipartimentali, alla sezione dei laboratori, oltre le consuete informazioni di testo e qualche foto, non vi è  modo per uno studente di rendersi conto in modo più interattivo di come è fatto un laboratorio e questo studio di fattibilità di progetto 3D esplora la passobilità che un programma di fruizione 3D possa essere sia utile che accattivante per nuovi iscritti. Qualsiasi visitatore del sito, possa “passeggiare” interattivamente in un modello 3D (mesh poligonale in questo caso generata a partire da una nuvola di punti[1]) del Laboratorio e vederne la struttura, le postazioni, gli oggetti e le macchine in esso presenti, ed interagire con tali oggetti, ognuno dotato di un proprio programma interno (anche più di uno) che gli conferisce un comportamento (anche intelligente) rendendolo capace di interagire con le azioni dell’utente fornendogli una esperienza di fruizione e divulgazione del Laboratorio sicuramente più interessante e accattivante della consueta pagina di testo. Al momento gli oggetti sono in grado di fornire informazioni di testo e audio all’interno di finestre quando vengono toccati dall’utente (fig.1a , fig.1b). Se la App verrà sviluppata ulteriormente sarà possibile inserire comportamenti interattivi nei singoli computer che potrebbero mostrare o eseguire algoritmi di ogni genere (come per esempio algoritmi su grafi o simulazioni di esecuzione di programmi in C ecc o anche la possibilità di connettersi via ssh alla controparte reale del computer del laboratorio usando l'interfaccia di quello virtuale nel programma 3D) o inserire nella simulazione 3D personaggi (magari gli altri studenti collegati in quel momento o agenti con intelligenza artificiale per fornire assistenza e guide) che possono dare spiegazioni vocali invece che testuali di ciò che si fa nel laboratorio ecc. Ciò al fine non solo di divulgare in modo innovativo le attività scientifiche del laboratorio di un dipartimento ma anche di accattivare l’interesse di studenti interessati a iscriversi o ad approfondire.

 


[1] Per dettagli tecnici su nuvole punti e mesh vedere appendice in fondo al documento

 

Fig1a: L’utente cliccando su determinati oggetti ne ottiene delle informazioni e delle descrizioni. Es. gli viene detto che i computer sono un cluster, che hanno un certo sistema operativo ecc. Le stesse informazioni presenti sulla pagina del sito solo che in questo caso ha una rappresentazione 3D interattiva di ciò che vi viene detto sul sito.

Fig1b: Ogni oggetto può avere le proprie informazioni e il proprio comportamento. Si potrebbe fornire come comportamento di un computer clikkato dall’utente che gli permetta di lanciare un algoritmo in modo virtuale come simulazione di ciò che farebbe quando fisicamente al quel pc.

 

Appendice

Seguono brevi cenni sulle tecnologie usate per il progetto illustrate a solo scopo divulgativo.

Creazione del modello 3D dall’oggetto reale:


¤  Generazione di una nuvola di punti dell’oggetto.

In questo specifico caso si è reso necessario riprodurre uno oggetto del mondo tangibile in un oggetto del mondo digitale restando per quanto possibile fedeli alle proporzioni, le forme, i materiali dell’oggetto reale. Sì è quindi realizzata una nuvola di punti (pointcloud) che fornisse informazioni spaziali (x,y,z) rispetto a un punto centrale dalle quali ricavare vertici,poligoli,normali e tangenti del modello 3D

¤  Generazione di una Mesh Poligonale da una Nuvola di Punti

Con l’algoritmo di Poisson o altri si genera una mesh non strutturata dalla nuvola di punti. La mesh in questa fase è inutilizzabile e piena di strappi e ha milioni di poligoni.

 

¤  Retopologizazione

Si retopologizza la mesh non strutturata in una mesh strutturata, in questo caso con basso numero di poligoni per renderla leggera tanto da poter essere programmata in applicazioni in real time ( fruizioni3D in particolare se via web vanno minimizzati vertici, poligoni ecc).

 

Tuttavia, pur abbattendo il numero di vertici e facce (da milioni di poligoni a poche migliaia) è opportuno mantenere le texure fotografiche nella stessa risoluzione di pixel della mesh originaria in modo che l’effetto fotorealistico sia mantenuto nel programma di fruizione 3d che si andrà a scrivere.

¤  Per agevolare il motore grafico si converte la mesh strutturata in una triangolarizzata, pur restando di fatto una mesh strutturata. Le texure in questo modo vengono calcolate più rapidamente quando si andrà a scrivere il codice in C.

 

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