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Dipartimento di Ingegneria
Corso di laurea magistrale in
Ingegneria delle Infrastrutture Viarie e Trasporti
A.A. 2017/2018
RELAZIONE DI FINE TIROCINIO
Studio del simulatore di guida presso il Laboratorio di Simulazione in
Realtà Virtuale
TUTOR TIROCINANTE
Alessandro Calvi Annalisa Cecconi
Sommario 1. Introduzione ...................................................................................................................................... 1
2. Il simulatore di guida ......................................................................................................................... 2
2.1 La struttura hardware ................................................................................................................ 2
2.2 La struttura software .................................................................................................................. 5
3. La costruzione degli scenari ............................................................................................................... 6
3.1 Lo scenario naturalistico .......................................................................................................... 12
4. Gli oggetti dinamici .......................................................................................................................... 16
4.1 Area di ingombro di un ciclista ................................................................................................. 20
4.2 Rettangoli di preavviso ed avviso per la brusca frenata .......................................................... 23
5. Conclusioni ....................................................................................................................................... 26
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1. Introduzione
L’attività di tirocinio è stata svolta presso il Laboratorio di Simulazione in Realtà Virtuale del
dipartimento di Ingegneria Civile, nei mesi di Novembre e Dicembre 2018 per un totale di 100 ore. Essa
ha avuto come obiettivo l’acquisizione delle competenze necessarie all’utilizzo del simulatore di guida
con lo scopo di indagare il mondo della realtà aumentata in uno scenario di infrastrutture e veicoli
connessi tra loro.
La finalità di tale studio consiste in una valutazione della realtà aumentata come sistema di
miglioramento o meno della sicurezza stradale. Essa, difatti, è rappresentata da una serie di elementi
aventi il compito di segnalare eventuali situazioni pericolose per l’incolumità degli utenti alla guida e
degli utenti deboli. Ad esempio, è possibile segnalare:
- Attraversamenti pedonali;
- Presenza di veicoli provenienti da destra o sinistra in intersezioni prive di buona visibilità;
- Possibilità di effettuare determinate manovre come la svolta a sinistra;
- Brusche frenate del veicolo che precede.
Dunque, ad ognuna di queste situazioni verrà associata una tipologia di segnalamento realizzata
attraverso la realtà aumentata, come:
- Freccia indicante il pedone che effettua l’attraversamento;
- Freccia indicante il lato dal quale proviene un veicolo che sta sopraggiungendo ad
un’intersezione priva di visibilità;
- Semaforo virtuale di colore rosso o verde a seconda dell’impossibilità o meno di compiere la
svolta a sinistra;
- Rettangolo di colore rosso per avvisare del pericolo della brusca frenata.
Ovviamente, per poter realizzare tali tipologie di segnalamento è opportuno che i veicoli tra loro e con
l’infrastruttura si scambino determinate informazioni. Grazie, infatti, alla connessione tra veicoli sarà
possibile in uno stesso momento conoscere, ad esempio, la posizione e la velocità degli utenti della
strada ed informare dunque gli altri delle eventuali situazioni di rischio.
Tutto ciò, dunque, come definito in precedenza, ha l’obiettivo di migliorare la sicurezza stradale in
quanto si suppone che attraverso le informazioni fornite dai veicoli connessi tra loro si possano evitare
una serie di situazioni considerate rischiose e si possa diminuire il consistente numero di incidenti
presenti sulle infrastrutture.
Nei successivi paragrafi vengono descritti, quindi, oltre al simulatore di guida nelle sue componenti
hardware e software, anche alcuni esempi di progettazione degli elementi di realtà aumentata utilizzati
per lo studio riguardante la tesi di laurea.
2
2. Il simulatore di guida
Il simulatore di guida utilizzato durante il tirocinio ha il compito di riprodurre il più fedelmente possibile
la realtà all’interno della quale ogni utente può trovarsi. Esso, difatti, permette di rappresentare in
realtà virtuale numerosi aspetti, tra cui:
- Le geometrie stradali, definendo nello specifico la sezione stradale e l’articolazione del tracciato
con curve e rettifili;
- Le condizioni al contorno quali ambiente urbano, extraurbano, autostradale;
- Le condizioni ambientali, ovvero le condizioni atmosferiche presenti ed i parametri che ne
conseguono, come il coefficiente di aderenza;
- Le condizioni di traffico ovvero di interferenza veicolare.
Dunque, combinando gli elementi sopra citati, è possibile creare un cosiddetto “scenario di guida”
avente l’obiettivo di riprodurre la realtà in modo tale da studiare il comportamento degli utenti al
variare delle più diverse condizioni di guida. Ciò consente di poter analizzare delle situazioni particolari
che non sarebbero direttamente esaminabili e, conseguentemente, di proporre delle soluzioni alle
condizioni di maggior rischio nell’ottica di miglioramento della sicurezza stradale.
Nei successivi paragrafi, prima di descrivere gli elementi attraverso i quali creare gli scenari di guida,
vengono presentate le componenti hardware e software del simulatore.
2.1 La struttura hardware
La struttura hardware del simulatore di guida si compone di diversi elementi:
Veicolo reale
Esso è costituito dalla vettura Toyota Auris caratterizzata da un sistema di controllo alla guida,
composto dal volante, dai pedali e dal cambio, direttamente collegato al simulatore, che ha il
compito di generare le immagini e di registrare i parametri geometrici e cinematici di guida.
All’interno del veicolo, inoltre, è posto un sistema di altoparlanti che, attraverso alcuni effetti
sonori, ha l’obiettivo di aumentare il realismo della guida; essi riproducono, ad esempio, suoni
legati al motore (accelerazione e frenatura).
3
Figura 1 - Interno del veicolo reale
Schermo
Lo schermo sul quale viene riprodotto lo scenario di guida è caratterizzato da una curvatura di
180° che restituisce all’utente un effetto avvolgente che gli permette di vivere l’esperienza di
simulazione nel modo più realistico possibile.
Figura 2 - Veicolo reale e schermo con curvatura di 180°
La riproduzione delle immagini sullo schermo avviene attraverso un sistema di tre proiettori
opportunamente combinati.
Inoltre, sullo schermo vengono anche riprodotti tre diversi riquadri che rappresentano il sistema
degli specchietti retrovisori dell’auto.
4
Figura 3 - Veicolo reale e schermo con curvatura di 180°
Postazione principale
Essa è direttamente collegata al veicolo ed al sistema di proiezione, è composta da un computer
sul quale è implementato il simulatore STI Technology.
Grazie ad essa, fornendo determinati codici alfanumerici, contenenti le informazioni relative allo
scenario, è possibile non solo generare le immagini ma anche ottenere una serie di parametri
che descrivano l’attività di guida svolta dal driver durante la simulazione.
Figura 4 - Postazione principale
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Postazione secondaria
Essa è caratterizzata da un computer completamente autonomo rispetto al sistema descritto
precedentemente, da un volante e da una pedaliera.
È utilizzata specialmente nella fase di creazione degli scenari di guida che dovranno poi
necessariamente essere trasferiti alla postazione principale per l’effettuazione delle prove.
Figura 5 - Postazione secondaria
2.2 La struttura software Relativamente alla struttura software del simulatore di guida, essa ci permette di rappresentare
l’infrastruttura stradale attraverso una serie di parametri che riguardano le geometrie stradali, le
condizioni di traffico, gli arredi urbani.
In particolare, la simulazione è permessa grazie all’utilizzo di un modello dinamico completo del veicolo
che si basa sull’Analisi Non Lineare della Dinamica del Veicolo sviluppata per la National Highway Traffic
Safety Administration.
Il modello si basa su tre elementi connessi tra loro:
Modello di dinamica del veicolo (Vehicle Dynamics Model): è il nucleo centrale del processo di
simulazione ed all’interno di esso si inseriscono due ulteriori elementi, descritti di seguito;
Generazione della potenza utile alle ruote (Power/Drive Train): in funzione della pressione
sull’acceleratore e del cambio inserito, calcola i momenti per ciascun pneumatico del veicolo;
Modello STREMOD: simula il contatto pneumatico – pavimentazione.
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Inoltre, sono presenti due ulteriori modelli che governano le interfacce con l’utente:
Modello del sistema sterzante: quantifica l’entità degli interventi del conducente sul volante
attraverso l’angolo e la velocità di sterzatura;
Modello del sistema frenante: quantifica l’entità degli interventi del conducente sul freno e
sull’acceleratore attraverso le pressioni esercitate.
3. La costruzione degli scenari
Definita la struttura del simulatore, è ora necessario illustrare come avviene l’utilizzo dello stesso. Per
poter effettuare una simulazione di guida, il primo passo riguarda la costruzione di uno scenario.
Lo scenario è inteso come l’ambiente stradale all’interno del quale l’utente si trova ed è caratterizzato
da vari elementi, come: numero di corsie e loro dimensioni, singola o doppia carreggiata, larghezza
delle banchine, andamento plano – altimetrico (rettifili, archi di cerchio, dossi e sacche), elementi di
arredo (segnaletica orizzontale e verticale, possibili intersezioni, edifici, aree verdi), traffico veicolare
(entità e tipologia).
Gli scenari vengono costruiti grazie all’utilizzo di due file:
File di CONFIGURAZIONE (.cfg): creato direttamente dal software del simulatore, al suo interno
sono presenti gli elementi utilizzati per rendere il più verosimile possibile la guida in realtà
virtuale;
File EVENTO (.evt): file di testo all’interno del quale vengono inserite le stringhe di input di tutti
quegli elementi componenti lo scenario.
Relativamente al configuration file, come è possibile notare dall’immagine della pagina successiva, esso
è composto da numerosi elementi, descritti brevemente di seguito.
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Figura 6 - File di configurazione .CFG
Driver Information: per definire la localizzazione delle informazioni relative al driver.
Data Collection: indicante l’unità di misura degli output e la loro localizzazione.
Start of Run: permette di fissare il posizionamento iniziale del veicolo ed il messaggio da visualizzare
prima dell’inizio della simulazione.
End of Run: messaggio che indica il termine della simulazione.
Traffic Violations and Mistakes: permette di segnalare eventuali violazioni da parte degli utenti come,
ad esempio, l’attraversamento di un’intersezione con il semaforo rosso.
Crash Options: definisce il presentarsi di un’evento incidentale ed indica la possibilità di resettare
velocità e posizione dell’utente.
Graphics: consente di definire le caratteristiche grafiche della simulazione come, ad esempio, il tipo di
orizzonte, la luce presente.
Camera Views: controlla i parametri relativi alla visuale dell’utente.
Driver Controls: definisce la modalità di guida, se automatica o manuale.
Simulations Sound: per scegliere l’intensità dei suoni riprodotti durante la simulazione.
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Vehicle Cab: parametri relativi all’abitacolo come specchietti retrovisori, tachimetro, attivazione delle
frecce.
Driver’s Vehicle Sound Effect: riguarda la riproduzione dei suoni dovuti al passaggio del veicolo
sull’infrastruttura e dei rumori propri del veicolo.
Vehicle Dynamics: definisce i parametri dinamici del veicolo durante la simulazione.
Simulation Control: parametri che definiscono le specifiche della simulazione.
Roadway Settings: sezione e geometria dell’infrastruttura, con anche indicata la texture per la
rappresentazione della segnaletica orizzontale.
Dunque, il file di configurazione consente, attraverso l’articolazione dei parametri sopra elencati, di
determinare la base dello scenario alla quale sarà necessario associare un file evento con il quale
descrivere tutte le specifiche rimanenti.
Gli elementi che possono essere inseriti all’interno di un file evento sono vari e riguardano i più svariati
aspetti:
Roadway Events
Al suo interno sono presenti i parametri che permettono di definire l’andamento planimetrico ed
altimetrico dell’infrastruttura, la possibile presenza di intersezioni e le caratteristiche della sezione
stradale (dal numero e larghezza delle corsie, alla larghezza della banchina, fino alla definizione della
tipologia di terreno circostante).
Figura 7 - Sezione dell'infrastruttura stradale secondo il software STISIM Drive
Road Surface Attribute and Tire Attribute File
Rispettivamente, per la definizione dei parametri della superficie stradale e dei pneumatici del
veicolo.
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Dynamic Roadway Events
Tale sezione comprende tutti quegli elementi dinamici che possono essere ritrovati all’interno
di un’infrastruttura, come:
o gli oggetti animati che simulano, ad esempio, l’apertura di una portiera;
o gli oggetti dinamici, ovvero elementi controllati in funzione del tempo o della velocità
del driver;
o i pedoni, definendo il loro posizionamento, la loro velocità ed il modello;
o i semafori, determinando i tempi per ogni colorazione dello stesso;
o i veicoli, indicandone non solo posizione, velocità e tipologia ma anche una serie di azioni
che possono compiere come effettuare una svolta, modificare la propria velocità,
modificare il proprio posizionamento;
Figura 8 - Modelli della libreria di STISIM Drive per la rappresentazione di pedoni, veicoli e semafori
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Static Roadway Events
Al suo interno vengono descritti gli elementi statici che possono essere presenti su
un’infrastruttura, come:
o barriere di sicurezza o elementi di delimitazione, ad esempio i coni;
o edifici di vario tipo come case, negozi o uffici;
o oggetti statici rappresentanti la segnaletica verticale;
o alberi, definiti puntualmente o attraverso la densità in una certa area.
Figura 9 - Modelli della libreria di STISIM Drive per la rappresentazione di oggetti statici, edifici, segnali stradali, alberi
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Sound Effect and Auditory Warning Events
Ovvero file audio da riprodurre durante la simulazione come, ad esempio, l’indicazione di un
preciso percorso da seguire.
Inoltre, all’interno del file evento vengono anche definiti i parametri di analisi che devono essere salvati
durante la simulazione come, ad esempio parametri che indichino la sterzatura del veicolo o gli eventi
incidentali avvenuti durante la simulazione od il controllo della velocità del driver, ed anche la
progressiva finale della simulazione stessa.
Nell’immagine sottostante, viene rappresentato un possibile file evento creato con la cosiddetta
struttura ad albero.
Figura 10 - Esempio di file evento .EVT con struttura ad albero
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La struttura ad albero consiste nel richiamare nel file evento, piuttosto che i vari parametri sopra
descritti singolarmente, una serie di file .PDE al cui interno siano riportate le stringhe per ogni elemento
presente all’interno della simulazione. Difatti, ritroviamo:
- Un file .PDE per la definizione della sezione stradale;
- Due file .PDE per la rappresentazione dei pedoni lungo lo scenario;
- Un file .PDE che rappresenti un oggetto statico all’interno della simulazione;
- Un file .PDE per descrivere i parametri con i quali rappresentare le strisce pedonali.
Dunque, i parametri descritti precedentemente verranno inseriti nei diversi .PDE che verranno poi
richiamati nel file .EVT, attraverso il comando TAG, inserendo il percorso del file, così da poterli far
apparire all’interno dello scenario.
Nei successivi paragrafi, viene descritta la procedura per la realizzazione dello scenario di base da
utilizzare durante la fase di simulazione e, successivamente, la modalità di inserimento e la tipologia di
elementi utilizzati per la rappresentazione della realtà aumentata attraverso il simulatore STISIM Drive.
3.1 Lo scenario naturalistico
Per la definizione dello scenario di base, si è deciso di far riferimento ad uno scenario già creato in
precedenza che rappresenta, però, la realtà del Belgio. Difatti, al suo interno è possibile trovare
elementi riguardanti la presenza di piste ciclabili, ranch, cavalli od altri elementi fortemente
caratterizzanti il paese e molto distanti da quella che è la realtà italiana.
Per poter giungere ad una configurazione del tutto italiana, quindi, è stato necessario operare
opportune modifiche attraverso l’eliminazione di determinati oggetti e la creazione di nuovi.
È necessario, però, innanzitutto, descrivere la composizione dello scenario naturalistico così come
pensata in origine. Tale scenario, difatti, fa riferimento ad un file .EVT realizzato attraverso la
configurazione ad albero ed al suo interno è possibile osservare la presenza di cinque macro .PDE:
- Due riguardanti degli scenari extraurbani (extraurbano1 con lunghezza pari a 2000 m ed
extraurbano2 con lunghezza pari a 2200 m);
- Due riguardanti degli scenari urbani (urbano1 con lunghezza pari a 800 m ed urbano2 con
lunghezza pari a 2200 m);
- Uno riguardante uno scenario industriale di lunghezza pari a 3050 m.
Nelle immagini successive è possibile osservare il file .EVT originario per la rappresentazione dello
scenario naturalistico.
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Figura 11 - File .EVT dello scenario naturalistico
Nella prima immagine, in particolare, si possono notare:
- La struttura ad albero del file .EVT con il richiamo dei vari file .PDE attraverso l’elemento TAGS;
- La sezione dell’infrastruttura caratterizzata da molteplici parametri corrispondenti a diverse
caratteristiche della sezione stessa;
- Gli elementi da salvare durante la simulazione (Data Saved).
Nella seconda immagine, invece, sono richiamati tutti i file .PDE cui si fa riferimento per la creazione
dello scenario. Inoltre, ogni tratto (extraurbano, urbano od industriale) è caratterizzato da una
progressiva all’interno del file .EVT che rappresenta la progressiva di caricamento di quel determinato
file .PDE.
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Figura 12 - File .EVT dello scenario naturalistico
È importante notare che i vari tratti così creati sono compenetrati tra loro per far sì che il caricamento
di ognuno di essi non avvenga in modo del tutto improvviso e visibile. Per far ciò, ognuno dei tratti
successivi al primo sono così caratterizzati:
- all’interno dei vari .PDE sono presenti progressive avanzate di 1000 metri;
- all’interno del file .EVT, essi vengono caricati a 1000 m dalla fine del tratto precedente.
In questo modo per 1000 m due tratti adiacenti sono compenetrati tra loro ed il caricamento dello
scenario successivo non risulta eccessivamente istantaneo.
Una volta descritto il funzionamento relativo al caricamento dei vari tratti presenti all’interno del file
.EVT, è possibile osservare le modifiche effettuate all’interno dello scenario per poterlo avvicinare
maggiormente alla realtà italiana.
Per quanto riguarda i tratti extraurbani essi sono stati privati delle caratteristiche tipiche della realtà
del belgio come cavalli, ranch e piste ciclabili. Sono stati, invece, riutilizzati gli alberi già presenti non
appartenenti alla libreria di STISIM Drive ma realizzati ad hoc per lo scenario naturalistico, in quanto
permettono di rendere maggiormente realistico l’ambiente di guida.
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In particolare, il tratto extraurbano 1 è caratterizzato da filari di alberi sia sul lato destro sia sul lato
sinistro dell’infrastruttura mentre il tratto extraurbano 2 da un filare di alberi sulla destra ed una serie
di alberi posti trasversalmente all’infrastruttura sulla sinistra. Inoltre, per entrambi i tratti extraurbani,
è possibile notare la presenza di alberi posti sullo sfondo dello scenario in modo tale da fornire
all’utente un senso di avvolgimento all’interno dello scenario.
Figura 13 - Scenari extraurbani 1 e 2
I tratti urbani, invece, hanno subito cambiamenti per diversi aspetti di cui il principale riguarda la
tipologia di abitazioni presenti. In particolare, sono stati creati:
- diverse facciate di abitazioni prettamente italiane, grazie all’uso del programma 3DS Max;
- marciapiedi e parcheggi attraverso il software STISIM Drive, ovvero creando dei poligoni,
caratterizzati da una determinata texture, ripetuti più volte all’interno dello scenario.
Inoltre, sono stati inseriti gli alberi della libreria di STISIM Drive ed eliminati gli alberi di sfondo per
alleggerire il più possibile lo scenario e far in modo che esso si presenti fluido alla guida.
Figura 14 - Scenari urbani 1 e 2
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Infine, relativamente al tratto industriale, non sono state apportate eccessive modifiche; esso è
caratterizzato dalla presenza di una serie di edifici di tipo industriale ed un’area piuttosto priva di
vegetazione.
Figura 15 - Scenario industriale
4. Gli oggetti dinamici
Una volta realizzato lo scenario di base, è stata affrontata la fase di progettazione degli elementi di
realtà aumentata. In particolare, sono state analizzate una serie di situazioni, sia in ambito urbano sia
in ambito extraurbano, ritenute rischiose durante l’esercizio della guida. Le situazioni analizzate
riguardano:
Attraversamenti pedonali;
Presenza di un ciclista sulla carreggiata;
Svolta a sinistra;
Sorpasso;
Brusca frenata improvvisa.
Per ognuna delle cinque condizioni, sono state progettate diverse tipologie di segnalamento in realtà
aumentata che è stato possibile realizzare grazie all’uso del programma 3DS Max. In particolare, l’uso
di quest’ultimo programma ha permesso di creare:
Frecce per gli attraversamenti pedonali;
Aree di ingombro (e semaforo) per il ciclista;
Semafori per la svolta a sinistra ed il sorpasso;
Rettangoli di avviso per una brusca frenata improvvisa.
Ognuno di questi elementi è stato poi esportato e convertito in .mesh in modo tale da poterlo inserire
all’interno del software STISIM Drive. Per effettuare ciò, però, è necessario seguire una serie di
operazioni:
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1. L’oggetto creato in 3DS Max deve essere fornito di una texture, altrimenti non sarà possibile
inserirlo all’interno della simulazione;
2. Utilizzando il software 3DS Max, sarà poi necessario convertire il file generato in formato .3DS
attraverso l’esportazione;
3. Per convertire il file dal formato .3DS al formato .mesh, necessario per la visualizzazione sul
software STISIM Drive, si trascina la cartella contenente i file 3DS sul
Converter_Folder_of_Models (contenuto all’interno della cartella STISIM3 >> Tools >> OGRE
Tools);
4. Il convertitore di cui sopra (punto 3) non è in grado di rilevare un file se all’interno del suo
percorso sono presenti degli spazi, dunque, essi dovranno essere opportunamente eliminati e
sostituiti;
5. Durante la conversione è possibile che il software STISIM Drive applichi un fattore di scala. È
possibile modificare tale fattore attraverso il tool Scale Model.
Inoltre, dato che durante la conversione da file .3DS a file .mesh potrebbero essere apportate delle
modifiche non solo al fattore di scala ma anche, ad esempio, al sistema di assi cartesiani dell’oggetto
(x, y, z) e, dunque, alla modalità di visualizzazione, è allora possibile osservare il file .mesh attraverso il
tool di STISIM Drive “3D Model Viewer” presente nella barra superiore del software.
In questo modo sarà possibile visualizzare l’oggetto creato e capire quali ed in che modo elementi
modificare per un esatto posizionamento dell’oggetto all’interno dello scenario.
Figura 16 - Visualizzatore file .mesh attraverso il software STISIM Drive
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Come è possibile osservare dalla Figura 16, i parametri che possono essere modificati per rappresentare
al meglio l’oggetto riguardano:
- Il posizionamento lungo gli assi cartesiani (x,y,z);
- La rotazione intorno agli assi stessi (pitch, roll, yaw).
Difatti, per poter visualizzare l’oggetto freccia in formato .mesh verticalmente, è necessario modificare
il parametro roll da 0 a -90.
Una volta creati gli oggetti rappresentanti la realtà aumentata attraverso il programma 3DS Max, per
poter inserire gli stessi all’interno della simulazione è necessario ricorrere ad uno specifico comando
ovvero il “DYNAMIC OBJECT”. Quest’ultimo, presente nella versione aggiornata del software, permette,
difatti, di inserire un oggetto creato esternamente al software STISIM Drive e di fornirgli una serie di
coordinate attraverso le quali esso potrà muoversi all’interno dello scenario, in funzione della velocità
o del tempo.
Nel caso in esame, quindi, per ognuna delle situazioni critiche analizzate è possibile osservare diverse
tipologie di movimento:
Freccia rossa per l’attraversamento pedonale: essa si muove in modo solidale con il pedone
durante l’azione di attraversamento delle strisce pedonali e si mostra lampeggiante per dotarsi
di maggiore visibilità;
Area di ingombro per il ciclista: anch’essa si muove in modo solidale con il ciclista ed è rossa nel
caso in cui non sia permesso il sorpasso del ciclista, per le mancanti condizioni di sicurezza,
mentre risulta verde nel caso in cui sia possibile effettuare il sorpasso in sicurezza;
Semafori per la svolta a sinistra ed il sorpasso: nel primo caso il semaforo di realtà aumentata
risulta fisso in corrispondenza dell’intersezione mentre nel secondo caso esso si muove in modo
solidale con il veicolo posto frontalmente al driver; entrambi risultano essere rossi nel caso di
impossibilità di effettuare la manovra in sicurezza oppure verdi se è possibile effettuare la
manovra in sicurezza;
Rettangoli di avviso per la brusca frenata: sono presenti due diversi rettangoli di cui il primo
arancione, che si muove in modo solidale con il veicolo posto frontalmente al driver, che avvisa
di un pericolo imminente per il driver, il secondo rosso, anch’esso solidale al veicolo, che si
aziona nel momento in cui viene effettuata la brusca frenata.
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È necessario, a questo punto, illustrare l’evento “Dynamic Object” attraverso la spiegazione dei vari
parametri che lo compongono:
- Parametro 1 “Appear Distance”: distanza iniziale tra il driver e l’oggetto nel momento in cui
quest’ultimo appare;
- Parametro 2 “Posizione Laterale”: posizione iniziale laterale dell’oggetto lungo l’infrastruttura;
- Parametro 3 “Altezza dal piano 0”: posizionamento dell’oggetto sull’asse z;
- Parametri 4, 5, 6 “Rotazione intorno agli assi cartesiani”: rispettivamente, rotazione intorno agli
assi z, y, x;
- Parametro 7 “Percorso e nome del file”: fa riferimento all’uso di un file .Lst;
- Parametro 8 “Tipologia di dinamica”: specifica se il funzionamento dell’oggetto è basato sul
tempo (0) o sulla velocità di un veicolo (1);
- Parametri 9 e 10 “Soglia della distanza longitudinale e laterale”: se il parametro 8 è settato sul
valore 1, controllo dell’oggetto tramite velocità, i parametri 9 e 10 rappresentano la distanza,
rispettivamente longitudinale e laterale, alla quale l’utente deve trovarsi affinchè avvenga il
funzionamento dell’oggetto. È importante osservare che se il driver dovesse trovarsi ad una
distanza maggiore di quella prefissata, l’oggetto potrebbe non attivarsi oppure, nel caso in cui
fosse in funzione, non potrebbe terminare il suo funzionamento in quel preciso istante.
Per quanto riguarda il file .Lst, invece, esso è così composto:
- Parametro 1: Indicazione della tipologia di dinamica in funzione della quale l’oggetto è
controllato:
o Tempo: il parametro è espresso in secondi ed indica per quanto tempo un determinato
oggetto viene visualizzato;
o Velocità: il parametro deve essere visualizzato per valori di velocità crescenti e
caratterizzato da intervalli di 1 km/h.
- Parametro 2: percorso e nome del file .mesh;
- Parametri 3, 4, 5: posizionamento lungo, rispettivamente, gli assi x, y, z;
- Parametri 6, 7, 8: rotazione intorno, rispettivamente, agli assi z, y, x.
Per quanto riguarda la creazione del file .Lst è importante osservare determinati aspetti:
- Nel caso in cui esso sia realizzato in funzione del tempo e l’oggetto debba necessariamente
muoversi lungo gli assi x, y, z, risulta opportuno utilizzare un intervallo di tempo piuttosto breve
affinché il movimento dell’oggetto dinamico risulti il più fluido possibile;
- Le coordinate x, y, z all’interno del file .Lst non seguono la stessa scala di riferimento dei file
.PDE dunque, è necessario moltiplicare la distanza necessaria al movimento dell’oggetto
dinamico per un fattore pari a circa 3.27÷3.28 ed inserire la stessa all’interno del file .Lst (ovvero
se un veicolo deve compiere una distanza longitudinale di 100 m, l’oggetto dinamico ad esso
collegato avrà il valore dell’asse x variabile da 0 a 327÷328);
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- Modificando il valore della coordinata x si ottiene uno spostamento longitudinale dell’oggetto
dinamico, modificando il valore della coordinata y, invece, si ottiene uno spostamento
trasversale dell’oggetto.
- Per quanto riguarda lo spostamento lungo l’asse z, per posizionare l’oggetto al di sopra del piano
stradale deve essere utilizzato un segno negativo mentre per posizionare l’oggetto al di sotto
del piano stradale deve essere utilizzato un segno positivo.
Inoltre, è necessario sottolineare che nel momento in cui è terminata la lettura del file .Lst, l’oggetto
dinamico ripercorre per un numero di volte indefinito lo stesso percorso. Quindi, per far sì che l’oggetto
non venga più visualizzato può essere utilizzato lo stratagemma di posizionare l’oggetto dinamico al di
sotto del piano stradale (con valore positivo dell’asse z) per un tempo abbastanza lungo in modo tale
che esso non venga visualizzato successivamente all’interno dello scenario.
Terminata la spiegazione generale del funzionamento degli oggetti dinamici, nei successivi paragrafi
vengono riportati due esempi di file .PDE e .Lst:
- Caso 1: Presenza di un ciclista sulla carreggiata caratterizzato da un’area di ingombro solidale al
movimento del ciclista stesso;
- Caso 2: Presenza di un veicolo posto frontalmente caratterizzato da rettangoli di preavviso ed
avviso nel caso in cui venga effettuata una brusca frenata.
4.1 Area di ingombro di un ciclista
In questo primo caso, la situazione è la seguente:
- È presente un ciclista lungo la carreggiata che ostruisce il passaggio del driver ed inoltre è
impedito il sorpasso a causa del traffico veicolare proveniente dalla direzione opposta;
- Il ciclista percorre una distanza di 100 m ad una velocità di 6 m/s per poi spostarsi lateralmente
lungo la banchina e, dunque, permettere il proprio sorpasso al driver.
Relativamente all’oggetto dinamico (area di ingombro), esso risulterà rosso durante i primi 150 m
percorsi in quanto non è possibile effettuare il sorpasso in sicurezza mentre risulterà verde dal
momento in cui il ciclista si sposterà lungo la banchina e sarà possibile effettuare il sorpasso in sicurezza.
Per capire al meglio, però, il funzionamento dell’oggetto dinamico, è necessario osservare
successivamente la composizione dei file .PDE e .Lst.
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FILE .PDE: 2000,Dynamic Object,52,2{0},0.01,0,0,-90,C:\STISIM3\Roma3\Projects\Cecconi_Moscatelli\SCENARIO NATURALISTICO
ITA\File Uniti\CICLISTA\oggetti dinamici(2)\ciclista.Lst,0
2000, Dynamic Object, 52: questo vuol dire che l’oggetto si trova alla progressiva 2+052 e esso si
attiverà quando il driver è posizionato a 52 m di distanza dall’oggetto stesso.
2{0}: ciò indica che l’oggetto è posizionato rispetto alla linea centrale (0) e si trova a 2 m di distanza
sulla destra (+2).
0.01: è l’altezza dell’oggetto dinamico, sull’asse z, rispetto al piano 0. È importante notare che l’oggetto
dinamico deve essere sempre posizionato superiormente al piano 0, anche se di molto poco come in
questo caso, affinché si abbia una corretta visualizzazione dello stesso.
0,0,-90: sono i parametri che indicano la rotazione intorno agli assi cartesiani. In tal caso l’oggetto è
stato ruotato di -90° intorno all’asse x.
C:\STISIM3\Roma3\Projects\Cecconi_Moscatelli\SCENARIO NATURALISTICO ITA\File
Uniti\CICLISTA\oggetti dinamici(2)\ciclista.Lst,0: l’oggetto dinamico è controllato attraverso il tempo
(0) ed il suo movimento fa riferimento al file ciclista.Lst.
È importante osservare che per il funzionamento in sincronia dell’oggetto dinamico e del ciclista stesso,
è importante che essi siano posizionati alla stessa progressiva e che siano attivati nello stesso istante in
funzione della distanza tra gli elementi stessi ed il driver.
Successivamente, viene riportato il file .Lst che consente il funzionamento dell’oggetto dinamico
precedente.
FILE .LST (prima riga): 0.001,C:\STISIM3\Roma3\projects\Cecconi_Moscatelli\SCENARIO NATURALISTICO ITA\File
uniti\CICLISTA\ingombro\CICLISTA_ROSSO.3DS.mesh,0,0,0,0,0,0
0.001: è l’intervallo di tempo lungo il quale l’oggetto .mesh richiamato deve essere visibile.
C:\STISIM3\Roma3\projects\Cecconi_Moscatelli\SCENARIO NATURALISTICO ITA\File
uniti\CICLISTA\ingombro\CICLISTA_ROSSO.3DS.mesh: rappresenta il percorso del file .mesh che viene
richiamato.
Gli ultimi sei “0” rappresentano rispettivamente il posizionamento dell’oggetto lungo le coordinate x,y,z
e la rotazione intorno agli assi cartesiani z,y,x. Relativamente alla rotazione intorno agli assi cartesiani,
in questo caso è sempre posta pari a 0 in quanto essa è già stata impostata all’interno del file .PDE
dell’oggetto dinamico.
Quanto fino ad ora spiegato vale per la prima riga del file .Lst; come è possibile notare dall’immagine
sottostante, infatti, dalla seconda riga in poi viene modificato di volta in volta il parametro relativo al
posizionamento dell’oggetto lungo l’asse x. Ciò è dato dal fatto che l’oggetto dinamico cui si fa
riferimento è stato progettato come solidale al ciclista presente sulla carreggiata e, dunque, deve
muoversi alla stessa velocità del ciclista stesso.
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Figura 17 - File .Lst dell'area di ingombro del ciclista
Nelle immagini successive è possibile osservare la resa grafica dell’elemento di realtà aumentata
attraverso il simulatore STISIM Drive.
Figura 18 - Rappresentazione dell'area di ingombro del ciclista
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4.2 Rettangoli di preavviso ed avviso per la brusca frenata
In tal caso la situazione è la seguente:
- Vi è un veicolo posto frontalmente al driver che percorre la carreggiata ad una velocità di 13.9
m/s (50 km/h) ed è inoltre presente un certo traffico veicolare proveniente nella direzione
opposta;
- Tale veicolo, successivamente l’aver percorso 100 m, effettua una brusca frenata inattesa per il
driver.
Gli oggetti dinamici utilizzati in questo caso sono rappresentati da due rettangoli, entrambi solidali al
movimento del veicolo, aventi due diversi scopi:
- Un primo rettangolo arancione detto di “preavviso” che compare 3 secondi prima che l’utente
effettui la brusca frenata;
- Un secondo rettangolo rosso presente per tutto il tempo in cui avviene la brusca frenata
dell’utente posto frontalmente al driver.
Per capire al meglio, però, il funzionamento dell’oggetto dinamico, è necessario osservare la
composizione dei file .PDE e .Lst.
FILE .PDE: 1425,Dynamic Object,106.4,-0.45{1},0.1,0,0,0,C:\STISIM3\Roma3\Projects\Cecconi_Moscatelli\SCENARIO
NATURALISTICO ITA\File uniti\FRENATA\oggetti_dinamici(3)\frenata.lst,0
1425, Dynamic Object, 106.4: ciò indica che l’oggetto si trova alla progressiva 1+531.4 e che si attiva
solamente quando il driver è ad una distanza da esso pari a 106.4 m.
-0.45{1}: l’oggetto è posizionato rispetto al ciglio destro (1) e si trova a 0,45 m di distanza sulla sinistra
(-0.45).
0.1: l’oggetto dinamico si trova a 10 cm di altezza rispetto al piano 0.
0,0,0: l’oggetto dinamico non ha subito rotazioni intorno agli assi per la corretta visualizzazione
all’interno del software STISIM Drive (la rotazione potrebbe essere stata inserita all’interno del file .Lst
piuttosto che all’interno del file .PDE).
C:\STISIM3\Roma3\Projects\Cecconi_Moscatelli\SCENARIO NATURALISTICO ITA\File
uniti\FRENATA\oggetti_dinamici(3)\frenata.lst,0: l’oggetto dinamico è controllato mediante il tempo
(0) ed il suo movimento fa riferimento al file frenata.Lst.
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FILE .LST (seconda riga): 0.001,C:\STISIM3\Roma3\projects\Cecconi_Moscatelli\SCENARIO NATURALISTICO ITA\File
uniti\FRENATA\rettangolo\frenata_giallo.3DS.mesh,0,0,0,0,0,-90
0.001: è l’intervallo di tempo lungo il quale l’oggetto .mesh richiamato deve essere visibile.
C:\STISIM3\Roma3\projects\Cecconi_Moscatelli\SCENARIO NATURALISTICO ITA\File
uniti\FRENATA\rettangolo\frenata_giallo.3DS.mesh: rappresenta il percorso del file .mesh che viene
richiamato.
Gli ultimi sei valori rappresentano rispettivamente il posizionamento dell’oggetto lungo le coordinate
x,y,z e la rotazione intorno agli assi cartesiani z,y,x. Relativamente quest’ultimo fattore, l’oggetto .mesh
è posizionato con una rotazione di -90° intorno all’asse x, specificata all’interno del file .Lst.
Figura 19 - File .Lst del rettangolo di preavviso per la brusca frenata
In tale breve esempio è stata riportata la seconda riga del file .Lst che risulta essere d’esempio per le
successive sino al termine del file .Lst stesso. Caso diverso, invece, è rappresentato dalla prima riga del
file riportata di seguito.
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FILE .LST (prima riga): 4.2,C:\STISIM3\Roma3\projects\Cecconi_Moscatelli\SCENARIO NATURALISTICO ITA\File
uniti\FRENATA\rettangolo\frenata_giallo.3DS.mesh,0,0,10,0,0,-90
Rispetto all’esempio precedente, in tal caso l’oggetto dinamico è posizionato al di sotto del piano
stradale (valore del parametro z pari a 10) per un tempo pari a 4,2 secondi.
Il valore di 4,2 sec è dovuto al fatto che l’utente posto frontalmente è caratterizzato da una velocità di
13,9 m/s e prima di effettuare la brusca frenata deve aver percorso 100 m; per percorrere 100 m,
dunque, egli impiega circa 7,2 sec e dato che il rettangolo di preavviso deve essere visualizzato per 3
sec prima che avvenga la brusca frenata, esso dovrà allora essere posizionato per 4,2 sec al di sotto del
piano stradale prima di essere visibile.
È stato ritenuto necessario adottare questa tecnica (accodamento per 100 m del driver e
posizionamento dell’oggetto dinamico al di sotto del piano stradale) in quanto non è possibile altrimenti
conoscere esattamente la progressiva alla quale il veicolo posto frontalmente effettua la brusca frenata.
Per conoscere tale progressiva, difatti, possono essere utilizzati due metodi:
1. Definire la progressiva del veicolo che effettua la brusca frenata dal punto iniziale dello scenario;
2. Definire la progressiva del veicolo che effettua la brusca frenata in funzione della distanza dal
driver che lo segue.
Per entrambi i casi sono stati riscontrati dei problemi:
1. In tal caso si conosce esattamente la progressiva alla quale avviene la brusca frenata e, dunque,
alla stessa progressiva viene posizionato anche l’oggetto dinamico. Quest’ultimo, però, per
poter essere attivato, deve far riferimento alla distanza tra il driver ed il veicolo posto
frontalmente nell’esatto momento in cui avviene la brusca frenata e ciò non può essere noto
dato che la velocità varia per ogni driver;
2. In questo caso, invece, non è possibile conoscere l’esatta progressiva alla quale avviene la brusca
frenata del veicolo posto frontalmente in quanto la distanza tra il veicolo ed il driver è ancora
una volta funzione della velocità del driver. A maggior ragione, dunque, non è possibile
posizionare esattamente l’oggetto dinamico.
Quindi, come accennato in precedenza, è stato necessario effettuare un accodamento del driver al
veicolo posto frontalmente per 100 m in modo tale da conoscere esattamente sia la progressiva alla
quale avviene la brusca frenata sia la progressiva alla quale deve apparire l’oggetto dinamico.
Nelle immagini successive è possibile osservare la resa grafica dell’elemento di realtà aumentata
attraverso il simulatore STISIM Drive.
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Figura 20 - Rappresentazione dei rettangoli di preavviso ed avviso per la brusca frenata
5. Conclusioni
Il lavoro svolto per il tirocinio mi ha permesso di conoscere il software STISIM Drive del simulatore di
guida in realtà virtuale grazie al quale ho potuto realizzare uno scenario di base e mi è stato permesso
di approfondire il funzionamento degli oggetti dinamici, nuovi elementi della realtà di STISIM.
Difatti, proprio dall’unione degli elementi sopra citati, è stato possibile realizzare quattro diversi scenari
di guida che dovranno essere sottoposti ad un gruppo di utenti in modo tale da indagare se
effettivamente gli elementi di realtà aumentata così progettati possano essere considerati utili al
miglioramento della sicurezza stradale.
Per tale valutazione verranno presi in considerazione sia gli output ottenuti dalla simulazione vera e
propria, per ogni utente e per ogni scenario percorso, sia una serie di questionari relativi alle diverse
guide svolte.