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Realtà Virtuale e Realtà aumentata: cosa sono e come funzionano

realtà virtuale

Da quando Facebook ha cambiato il suo nome in Meta, il mondo del Metaverso è entrato nel dibattito comune. Se prima era un argomento di “nicchia”, ora è letteralmente “esploso” e, per un motivo o per l’altro, non puoi non averne sentito parlare. Parallelamente, sono diventati di uso comune i termini “realtà virtuale” e “realtà aumentata”, ma cosa significano precisamente? E quali sono le differenze fra di loro?

La Realtà Virtuale

Per coloro che non conoscono o non hanno mai provato la tecnologia immersiva, si tratta “praticamente” di una finestra su un altro mondo. La realtà virtuale, o VR, è un mondo in cui si entra tramite un’interfaccia indossata sul corpo: questa funge da tramite e collega gli utenti all’interno di un ambiente virtuale interattivo. Indossare un auricolare VR permette di sperimentare le viste e i suoni di un ambiente digitale alternativo. Le cuffie VR usano un sistema di telecamere e sensori per seguire e rispondere agli occhi, ai movimenti e ai gesti dell’utente.

La Realtà Aumentata

La realtà aumentata, o AR, può essere definita come un’interfaccia che stratifica contenuti digitali sul piano visivo dell’utente. La realtà aumentata, al contrario della realtà virtuale che ha bisogno di un supporto più complesso, è spesso accessibile attraverso occhiali o uno smartphone. Piuttosto che trasportare l’utente in un nuovo mondo, permette all’utente di arricchire il mondo in cui vive.

Gli oggetti digitali sono sovrapposti al mondo dell’utente, ma non c’è occlusione, il che significa che le risorse digitali non interagiscono con gli oggetti nell’ambiente dell’utente. Per esempio, generalmente, un elemento raffigurato in AR sarebbe visto come sovrapposto ad un ambiente che esiste nella realtà analogica, e non sarebbe in grado di interagire con gli oggetti con cui entra “visivamente” in contatto.

La Realtà Mista

La realtà mista, o MR, combina esperienze di tipo VR e AR, mostrando elementi di ambienti virtuali e reali insieme e talvolta passando da uno all’altro. Gli oggetti generati dal computer tratteranno gli oggetti in MR come ostacoli reali e interagiranno con essi di conseguenza. Le nuove combinazioni e contaminazioni fra VR-web browser stanno superando le attuali linee di confine tra internet e l’uso della VR, e aumentano le aspettative per un ulteriore lavoro integrativo che possa sfruttare delle connessioni cross-mediali.

Rimane, infine la realtà estesa, o XR, che è un termine universale che comprende le tecnologie di apprendimento immersive: realtà virtuale (VR), realtà aumentata (AR) e realtà mista (MR).

Come funzionano le tecnologie immersive?

SISTEMI VR

Dal punto di vista della meccanica, la VR funziona in modo simile al vecchio View-Master, se fosse stato combinato con un film. Un headset VR visualizza il video creato da un computer che si trova all’esterno o contenuto in un HMD (head mounted display, ovvero un supporto indossabile con cuffie e visore). L’HMD invia i due feed visivi a due display LCD – uno schermo sinistro e uno destro, uno per ogni occhio.

All’interno dell’HMD, ci sono ulteriori lenti situate tra lo schermo e gli occhi, che mettono a fuoco l’immagine. Guardando attraverso il mirino il tuo sguardo passa attraverso queste lenti, creando un effetto tridimensionale stereoscopico, dovuto alle leggere differenze tra le immagini di destra e di sinistra. Questo è lo stesso modo in cui l’occhio sinistro e l’occhio destro vedono prospettive leggermente diverse che si combinano per creare profondità nella visione.

Come regola generale, più ampio è il campo visivo, più coinvolgente sarà l’esperienza. La maggior parte degli schermi visivi VR hanno un campo di 100-110 gradi. Un hardware di fascia alta avrà un rendering foveated, il che significa che sfuma le scene ai bordi della periferia nello stesso modo in cui la nostra visione quotidiana avrà un’area di messa a fuoco centrale ma sfocata ai bordi. Il rendering foveated funziona tramite l’eye tracking, dove l’HMD usa la posizione delle vostre pupille per determinare quali aree devono essere a fuoco e quali possono avere una risoluzione minore. Questo può anche conservare la potenza di calcolo in un’esperienza e permettere agli sviluppatori di creare più dettagli all’interno dell’area a fuoco.

Mentre ci si muove, gli HMD usano dei sensori per tracciare il movimento, posizionare l’utente nello spazio e aggiornare la prospettiva. Il tracciamento è la capacità dell’hardware di calibrare e misurare i movimenti della testa e degli occhi di un utente e di rispondere di conseguenza con un cambiamento del punto di vista dell’utente. Gli HMD misurano la posizione e la rotazione della testa tramite tecniche di mappatura spaziale; quando è calibrata correttamente, l’immagine segue l’angolo di salita e discesa, di lato e di inclinazione della testa dell’utente, come misurato sugli assi X, Y e Z per determinare la posizione e la direzione dell’utente.

Una combinazione di sensori ottici e non ottici aiuta a posizionare il corpo nello spazio e può evitare che l’utente inciampi o si faccia male accidentalmente durante un’esperienza immersiva. Questi includono accelerometri, giroscopi e magnetometri incorporati nei controller palmari o negli HMD, che convertono il movimento in segnali elettrici e quindi tracciano il movimento per proiettarlo nella realtà virtuale.

Il tracciamento delle mani nella realtà virtuale è un meccanismo separato che utilizza sensori ottici, ma questo si sta rapidamente evolvendo. Le interfacce senza controller interpretano direttamente gli impulsi elettrici per consentire il controllo basato sui gesti del software VR. Tutti questi sensori insieme permettono di tracciare i movimenti e il comportamento dell’utente.

Una rapida risposta dell’hardware al movimento degli utenti è fondamentale per ridurre la latenza ed evitare che gli utenti si sentano male all’interno della realtà virtuale. La percezione umana è finemente calibrata e possiamo sperimentare la “malattia da simulazione” se il rendering, il tracking o le caratteristiche del display sono calibrati in modo errato.

INTERFACCE AR

L‘AR differisce dalla realtà virtuale perché sovrappone strati virtuali a spazi fisici. Attraverso l’uso di un sistema di telecamere, insieme a un computer montato in un HMD, il dispositivo analizza un campo visivo e la posizione degli oggetti, e sovrappone immagini o descrizioni alla vista dell’utente.

L’AR basata sul telefono funziona tramite una singola telecamera, insieme a una telecamera di profondità se ne ha una, per intraprendere lo SLAM (localizzazione e mappatura simultanea, condotta tramite algoritmo). Queste telecamere sono spesso usate insieme all’accelerometro e al giroscopio del telefono, collettivamente noti come unità di misura inerziale (IMU). L’algoritmo SLAM combina questi sensori multipli per determinare dove si trova il telefono e in quale direzione e modo si sta muovendo.

Gli attuali HMD usano le stesse tecniche di orientamento, ma con ancora più input per sovrapporre il contenuto digitale agli spazi reali. Invece di una singola telecamera, un HMD ricostruirà l’ambiente circostante da diverse telecamere grandangolari, spesso a bassa risoluzione, che puntano tutte in direzioni diverse.

I sistemi di tracciamento oculare AR e XR sono di solito una telecamera letteralmente puntata sugli occhi dello spettatore, alcuni funzionano tramite luce infrarossa. I sistemi più vecchi usano uno speciale campo di luce infrarossa generato dai “fari” esterni, combinato con la sua IMU interna per dedurre la posizione dell’utente e l’angolo di movimento. Alcuni sistemi AR, come il Magic Leap, usano un singolo portatile con più sensori incorporati, mentre altri come il Microsoft HoloLens sono completamente guidati dall’input manuale.

La telecamera e i sensori AR operano su un livello di calcolo separato dal sistema di visualizzazione. Una volta che il dispositivo conosce la sua posizione e l’orientamento, può rendere un mondo virtuale in 3D secondo la prospettiva dell’utente.

Il ruolo sociale della tecnologia immersiva

Proprio come i social media e le piattaforme di gioco, molti tipi di media immersivi permettono agli utenti di connettersi con gli altri e comunicare con le persone a distanza fisica. Questa interazione è mediata da interfacce hardware e software. Lo spazio online e i media immersivi, come la realtà virtuale, permettono agli utenti di connettersi con le persone, di trovare individui potenzialmente lontani che hanno idee e interessi simili, e di permettere loro di formare gruppi sociali.

Il gioco è stato il principale vettore spinto dall’industria che sfrutta la realtà virtuale e comunque le realtà immersive, fino ad oggi. Pokémon Go è stato il gioco di svolta per l’AR mobile nel 2016, dimostrando che gli utenti sarebbero stati disposti a rintracciare e cercare creature virtuali in luoghi esterni utilizzando un’interfaccia AR basata sul telefono, e a inseguirle fisicamente.

Spinto dalla popolarità del gioco, Oculus di Facebook ha venduto oltre 1,5 milioni di cuffie ai consumatori. HTC Vive di Sony, un sistema VR concorrente, ha venduto 1,3 milioni di dispositivi. Gli HMD più performanti si sono concentrati sulla programmazione basata sull’intrattenimento, come le esperienze di gioco interattivo per gli utenti.

Questi successi potrebbero dimostrare che la realtà virtuale per i consumatori, sostenuta dal gioco, ha raggiunto il successo. Altri headset di AR e mixed reality non hanno ottenuto lo stesso successo, poiché il modo e lo scopo di impiego potrebbe non essere ancora così chiaro ai più (e non un’applicazione aziendale o un cliente commerciale).

È un errore cedere alla tentazione di trattare le tecnologie immersive come nuove forme di interfacce elettroniche preesistenti e applicare gli stessi approcci normativi a questo mezzo nascente. Realtà virtuale e realtà aumentata sono più che nuovi videogiochi o nuovi social network.

Le caratteristiche psicologiche delle tecnologie immersive

Diverse caratteristiche distinguono le tecnologie immersive da altri tipi di innovazioni, compresi i social media. La prima è l’immersione in sé, vale a dire che l’utente ha la sensazione di trovarsi in un altro ambiente. Per descriverla ai non utenti, l’immersione crea la scena. Quando si indossa una cuffia e l’esperienza si carica – diciamo in un ambiente sottomarino – le immagini dell’oceano sembrano circondarvi in ogni direzione. I suoni delle creature marine e delle bolle sembrano emettere dalla posizione fisica in cui ci si aspetterebbe di trovarsi, se ci si trovasse effettivamente sul fondo del mare.

Nella realtà virtuale, il contenuto genera modelli di stimolazione per l’utente, inclusi fotoni di luce per gli occhi, input acustico per le orecchie, e stimolatori tattili o aptici per il tatto. Il modo in cui questi stimoli sono presentati darà all’utente un senso di immersione.

In secondo luogo, ci sono aspetti specifici di incarnazione della tecnologia. Gli utenti devono davvero sentirsi “immersi”. Questo è stato definito come “l’illusione di non mediazione” o l’impressione di avere la sensazione di comunicare senza interfacce.

Il terzo è il concetto di “embodiment”, o la sensazione che un avatar o un corpo virtuale sia il tuo corpo fisico, che separa le esperienze immersive dai social network. Questo è ben illustrato dalla “illusione della mano di gomma” di Mel Slater, dove i ricercatori hanno posizionato una mano giocattolo – o una mano di gomma virtuale nel contesto dell’esperimento VR – nel campo visivo di un utente in una cuffia.

Gli utenti che guardavano hanno elaborato le punzecchiature, i pungoli e gli abusi che i ricercatori hanno inflitto al giocattolo come esperienze corporee reali. Il cervello ha formato una connessione con il corpo estraneo. L’embodiment può essere benefico, come nelle applicazioni cliniche della realtà virtuale dove è stato dimostrato che aiuta ad alleviare il dolore dell’arto fantasma. Ma porta anche un forte rischio potenziale per le esperienze sociali virtuali, se si considera la violenza e le molestie che sono venute a caratterizzare molti spazi sociali online.

È la combinazione di immersione, presenza e incarnazione che permette agli utenti di percepire di essere in una realtà alternativa.

Nella ricerca psicologica, gli utenti spesso riferiscono di sentirsi completamente immersi nelle esperienze virtuali. Le esperienze embodied permettono di interagire pienamente con le caratteristiche dell’ambiente e, in ambienti sociali o multiutente, con altri individui nello spazio virtuale.

Non è semplicemente la qualità immersiva che definisce queste esperienze, ma il modo in cui la nostra mente memorizza ciò che percepiamo. Il dottor Thomas Furness, uno dei primi sviluppatori di tecnologie immersive, paragona “l’enorme potere” dei mondi virtuali a quello di una “scissione dell’atomo”.

Questo perché “risveglia la memoria spaziale come nessun altro mezzo” e a causa della natura attiva delle esperienze immersive. Non c’è separazione tra voi e gli oggetti della vostra interazione, il che può essere utile per certi contesti, come le esperienze educative o terapeutiche, e più problematico in altre esperienze all’interno della realtà virtuale, come i giochi che implicano il commettere atti di violenza. Furness dice che queste esperienze vengono conservate come se fossero “disegnate sul cervello con inchiostro permanente”.

Le affermazioni di Furness sono supportate dalle neuroscienze. Il modo in cui il nostro cervello ricorda di essere stato in un ambiente virtuale è simile al modo in cui creiamo ricordi di esperienze offline. Quando gli scienziati hanno misurato l’attività cerebrale nelle risonanze magnetiche, hanno scoperto che quando si sperimenta un evento virtuale e successivamente lo si ricorda, la risposta nell’ippocampo è simile al modo in cui si prevede che il cervello risponda con un evento reale. La realtà psicologica porta anche gli utenti delle tecnologie immersive e della realtà virtuale a rispondere fisiologicamente alle simulazioni virtuali in modi che sono simili alla loro risposta corporea alle situazioni reali.

Come descrive il professor Mark Lemley, la VR/AR è:

“…in una parola, un’esperienza viscerale. Le cose che vi accadono non sono fisicamente reali: se il cattivo ti spara in Bullet Train, non muori nella vita reale. Ma si sentono davvero reali.

E quelle sensazioni possono a loro volta avere conseguenze fisiche reali. Potreste letteralmente essere spaventati a morte (o almeno fino all’infarto) da un gioco che vi sembra sufficientemente reale. Anche se non subite danni fisici, avrete sperimentato ciò che avete visto e fatto in VR in un modo che non avete su Internet o in un videogioco non VR”.

Articolo tratto da “Reimagining Reality: Human Rights and Immersive Technology” del Carr Center for Human Rights Policy, Harvard Kennedy School, liberamente tradotto e rielaborato

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