Dipartimento di Ingegneria Industriale dell’Università degli Studi di Roma “Tor Vergata”

Dipartimento di Ingegneria Industriale dell’Università degli Studi di Roma “Tor Vergata”

Testimonial Abacus Sistemi CAD CAM - Scuola e Ricerca

Integrazione strumenti CAE-AR a supporto della progettazione industriale: l’esperienza dell’Università degli Studi di Roma “Tor Vergata”

Il Gruppo di Disegno di Macchine del Dipartimento di Ingegneria Industriale dell’Università degli Studi di Roma “Tor Vergata” ha iniziato nel 2009 un progetto di ricerca per esplorare innovative metodologie a supporto alle attività di progettazione industriale. Le metodiche implementate sono accumunate dall’obiettivo di ottenere un’elevata interattività tra l’utente e l’ambiente di sviluppo reso possibile grazie all’integrazione di approcci tradizionali di ingegneria assistita dal calcolatore (CAE) con quelli emergenti offerti della Realtà Aumentata (AR).

In quest’ottica l’ingegnere non si trova più a gestire dall’esterno gli strumenti di lavoro, ma si trova in prima persona immerso nell’ambiente di progetto. Grazie alle potenzialità della Realtà Aumentata, egli può navigare la scena percependo la tridimensionalità dei contenuti grazie a speciali visori stereoscopici che restituiscono l’illusione che oggetti modellati e simulati e quelli reali siano parte di un unico ambiente reale. La progettazione, pertanto, diventa contestuale e l’ingegnere si trova a sviluppare un prodotto direttamente in un ambiente concreto, restando tuttavia supportato da indispensabili strumenti assistiti dal calcolatore [1]. Al contrario delle comuni implementazioni di Realtà Aumentata nelle quali l’utente si trova di fronte a contenuti grafici (statici o animati) calcolati precedentemente, le metodologie integrate CAE-AR permettono all’utente di rivestire un ruolo attivo, partecipando alla definizione e costruzione della scena aumentata.

Le metodologie innovative investigate nel corso del progetto sono state applicate in diversi settori dell’ingegneria assistita dal calcolatore. Si è iniziato con l’integrazione degli ambienti di modellazione solida per consentire uno sviluppo delle forme degli oggetti a partire da riferimenti fisici esistenti [2]. Si è poi passati a integrare i moderni strumenti di analisi (strutturale e cineto-dinamica) in un ambiente aumentato per permettere la visualizzazione contestuale dei risultati delle simulazioni e per realizzare analisi comportamentali interattive [3-5]. A tale proposito, particolari formulazioni ad alta efficienza computazionale sono state messe a punto per eseguire i calcoli in tempo reale [6], mantenendo una precisione adeguata per applicazioni industriali. Anche le metodiche dell’ingegneria inversa hanno interessato le attività del progetto. Grazie all’approccio integrato di strumenti CAE e Realtà Aumentata, infatti, si sono sviluppate delle metodologie a supporto dell’acquisizione e analisi e ricostruzione assistita dei reperti archeologici [7]. Hanno interessato il progetto anche le metodologie di manipolazione e montaggio automatico [8], nonché quelle di ausilio al cablaggio assistito [9].

In termini generali tutte le metodiche sviluppate si basano sull’integrazione di strumenti di acquisizione delle immagini e proiezione stereoscopica con dispositivi di puntamento e tracciamento opportunamente interfacciati mediante procedure numeriche appositamente sviluppate. In particolare, diversi dispositivi di tracciamento sono stati impiegati e confrontati [10]. Tuttavia, poiché l’obiettivo delle metodologie è il supporto ad attività tecniche, i requisiti di precisione e ripetibilità sono assolutamente necessari. A tale proposito, per garantire l’accurata interazione tra utente e oggetti reali e virtuali dell’ambiente di progettazione le più recenti implementazioni del sistema integrato CAE-AR comportano l’impiego di un braccio sensorizzato Microscribe GX2 della Revware, in Italia distribuito da Abacus Sistemi CAD-CAM. Esso ha permesso di ottenere precisioni di tracciamento dell’utente nella scena aumentata notevolmente superiori non solo a quelle classiche delle applicazioni di Realtà Aumentata basate su metodi fotogrammetrici, ma anche più stabili rispetto a quelle elettromagnetiche o ottiche a tracciamento di marker.

Ulteriori informazioni circa le attività e i risultati del progetto possono essere reperiti, oltre che nelle pubblicazioni riportate nella sezione bibliografica, nel sito internet del gruppo di ricerca (http://dmmf.mec.uniroma2.it/) o direttamente al responsabile scientifico delle attività, il Prof. Pier Paolo Valentini (email: valentini@ing.uniroma2.it).

Bibliografia essenziale

[1] P.P. Valentini, E. Pezzuti, D. Gattamelata, “Virtual engineering in augmented reality”, Computer Animation, series “Computer Science, Technology and Applications”, Nova Publishing, 2010.
[2] P.P. Valentini, D. Gattamelata, E. Pezzuti “A CAD system in Augmented Reality application”, 20th European Modeling and Simulation Symposium, track on Virtual Reality and Visualization, Briatico (CS), Set. 2008.
[3] P.P. Valentini, E. Pezzuti, D. Gattamelata, Interactive multibody simulation in Augmented Reality, Proc. of ECCOMAS Multibody Dynamics Congress, Warsaw, Poland, Giugno 2009.
[4] P.P. Valentini, E. Pezzuti, “Interactive Multibody Simulation in Augmented Reality”, Journal of Theoretical and Applied Mechanics, vol 48, n.3, 2010.
[5] P.P. Valentini, E. Pezzuti, D. Gattamelata, Using augmented reality for interactive engineering simulations of motion, Proc. of Int. Congress XXI INGEGRAF – XVII ADM, Lugo, Spain, Giugno 2009.
[6] P.P. Valentini, L. Mariti, “Improving interactive multibody simulation using precise tracking and sequential impulse solver”, Proc. of ECCOMAS Multibody Dynamics Congress, Brusselles, Belgium, 4-7 July 2011.
[7] P.P. Valentini, “Augmented Reality and Reverse Engineering tools to support acquisition, processing and interactive study of archaeological heritage” capitolo in Virtual Reality, series “Computer Science, Technology and Applications”, Nova Publishing, 2012.
[8] P.P. Valentini, Interactive virtual assembling in augmented reality, International Journal on Interactive Design and Manufacturing vol. 3, 2009, pp. 109-119, ISSN 1955-2513.
[9] P.P. Valentini, “Interactive cable harnessing in Augmented Reality”, International Journal on Interactive Design and Manufacturing vol. 5, n. 1, 2011, ISSN 1955-2513.
[10] P.P. Valentini, “Enhancing user role in augmented reality interactive simulations”, capitolo in Human Factors in Augmented Reality Environments, Springer, 2012 (in stampa).