A Real Experiment in Virtual Environments:
A Virtual Batting Cage



R.L. Andersson
At&T Bell Laboratories
Room 4E538
101 Crawford's Corner Rd.
Holmdel, New Jersey 07733




Studente:
Ricci Francesco
C.d.L. in Informatica
A/A 1996/97

Professore:
Massimo Bergamasco
Assistent Professor of
Applied Mechanics
Scuola Superiore S. Anna.


La "Gabbia di battuta virtuale"



Quello che vado a presentare e' il risultato di uno studio da me effettuato per l'esame del corso di IGL:Laboratorio di Ambienti Virtuali, svoltosi nell'Universita` degli Studi di Pisa durante l'Anno Accademico 1996/97.
L'autore sara` ben lieto di accettare ogni tipo di consiglio e suggerimento.

INDEX

  • Sommario
  • 1. Introduzione
  • 1.1. Un baseball "razionale" per una gabbia di battuta virtuale
  • 1.2. Background quantitativo del Baseball
  • 2. Sistema Operativo
  • 3. Costruzione del Modello
  • 3.1. Analisi della traiettoria della palla
  • 3.2. Inseguimento della mazza
  • 3.2.1. Setup dell'area di battuta
  • 3.2.2. Determinazione 2-D della posizione della mazza (Algoritmo di "Bat-Tracking")
  • 3.2.3. Ricostruzione 3-D della posizione della mazza ("Stereo-Algorithm")
  • 3.2.4. Test statico di accuratezza della posizione della mazza
  • 3.2.5. Interpolazione della posizione della mazza
  • 3.3. Immagine del lanciatore
  • 4. Sintesi delle immagini
  • 4.1. Il campo e la mazza
  • 4.2. La palla
  • 4.3. Sintesi delle cuciture della palla
  • 4.4. Il lanciatore
  • 5. Performance del sistema
  • 5.1. Temporizzazione delle telecamere
  • 5.2. Sensorizzazione della posizione della testa
  • 5.3. Display a cristalli liquidi(LCD)
  • 6. Limitazioni e valorizzazioni
  • 6.1. Display
  • 6.2. Calibrazione
  • 6.3. Sensorizzazione
  • 6.4. Feedback aucustico
  • 6.5. Traiettoria della palla battuta
  • 7. Conclusioni
  • All. 1: "Filtri afferenti ed efferenti"
  • All. 2: "Sensori ottici di inseguimento"
  • all. 3: "Matrici di rotazione e cenni sulla Collision_detecting"

    N.B.= In questo sito Web e' disponibile solo l'introduzione del mio lavoro, per ottenere l'intera trattazione potete rivolgervi, fornendo le relative motivazioni, a riccifr@cli.di.unipi.it L'autore sara' ben lieto di fornire ogni chiarimento e, se opportuno, anche la versione integrale della trattazione.

    SOMMARIO

    Quello che presenterò in questa trattazione è l'estratto di uno studio (e relativa realizzazione) di un sistema di realtà virtuale che implementa un battitore di baseball virtuale. Questo nuovo sistema, di per se innovativo nel campo degli ambienti simulati, combina tra loro elementi di visione computerizzata con l'ausilio di tecniche di "head traking" (inseguimento della testa) e di computer graphics, per creare un battitore virtuale dove un vero battitore umano brandisce una vera mazza da baseball in una rappresentazione sintetica di un campo reale, consentendo la vista e l'analisi anche del "dopobattuta". Tale sistema mischia completamente elementi di natura sintetica, completamente reali e misti. Un importantissimo elemento da tenere bene in considerazione per raggiungere tali scopi è la componente temporale (come ci renderemo meglio conto nel corso della trattazione). In aggiunta alle ovvie applicazioni di training, tale sistema propone spunti anche per future applicazioni in sistemi di trasmissione e comunicazione.

     1. INTRODUZIONE

    Le ricerche in ambito di Realtà Virtuale si sono sforzate di creare ambienti artificiali nei quali l'utente si possa sentire immerso, usando tanti sensori quanti il progettista del sistema è in grado di gestire. A causa della formidabile complessità di questi sistemi, gli ambienti artificiali realizzati hanno teso a concentrarsi più sugli OUTPUT acustici e visivi, permettendo all'utente di avere la sensazione di essere veramente "immerso", che sulle componenti di INPUT per il sistema; in pratica è sempre stata posta maggiore enfasi al filtro afferente che non al filtro efferente ( vedi all. n.1). Il nostro studio invece combina elementi di REALTÀ FISICA con altrettanti elementi di REALTÀ ARTIFICIALE.
    Tale sistema è ancora giovane nello sviluppo di tali combinazioni anche e soprattutto dal punto di vista dell'accuratezza temporale. Con questo studio, cerchiamo di implementare un prototipo di Gabbia di Battuta Virtuale (VBC= Virtual Batting Cage) che consenta al battitore di allenarsi contro lanci virtuali: in tale sistema il battitore risponde ai lanci virtuali con una vera mazza da baseball; la posizione della mazza è sensorizzata per determinare naturalmente se risulta un COLPO valido oppure un FALLO. Ovviamente il senso dettagliato dell'oscillazione della mazza è molto importante per questo scopo e sarebbe assai complicato replicarlo artificialmente. La sensazione della collisione tra la mazza e la palla non è riprodotta, ma questa non risulta una componente fondamentale per l'allenamento dell'atleta, dato che la scala temporale di tale evento e troppo corta perché il battitore possa reagire in maniera cosciente durante di essa, quindi ogni conseguenza sarebbe irrilevante. In effetti la mancanza della collisione, molto spesso considerata un feedback penoso, può essere considerata una caratteristica propria per coloro che sono esperti nell'uso di mazze di legno. Concludendo, questo articolo presenta l'esperimento di un sistema che definisce un nuovo confine dello stato dell’arte odierna in ambito di ambienti virtuali, costruendo un sistema dinamico per training realistico largamente basato su tecniche di "Non invasive computer vision" ossia applicazioni nelle quali l'utente non è completamente immerso nell'ambiente simulato mantenendo un certo grado di conoscenza della realtà.
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