Lunedì 20 Agosto 2018
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Spazio virtuale

Spazio virtuale
Credits: NASA/Silicon Graphics/SketchFab

Quanto si è evoluta la tecnologia in 20 anni, nello spazio e sulla Terra?

Abbastanza, come vedremo nell’articolo, per poter avere sulla propria scrivania il modello 3d di un corpo celeste attualmente in corso di esplorazione, o per esplorare in telepresenza tridimensionale un corpo celeste esplorato 20 anni fa.

20 anni fa: all’epoca mandavamo su Marte un rover grande quanto una scatola da scarpe (Sojourner); oggi ci mandiamo rover grandi quanto un’automobile (Curiosity e MARS 2020). All’epoca potevamo vedere Marte in 3d usando gli occhialini rosso-blu, o, se eravamo tra i pochi fortunati a disporre di una rete a banda larga (anziché un “tipico” modem a 0.0144 MBPS, cioè 14.4 kBPS) e di un computer ultrapotente, potevamo usare il browser NETSCAPE per vedere, tramite il login COSMOplayer della Silicon Graphics (azienda all’avanguardia in supercomputer e computergrafica) una visualizzazione 3d interattiva del lander Pathfinder sulla superficie di Marte. Era il 1997, e si era appena iniziato a parlare di “Realtà Virtuale”, al punto che era persino nato uno speciale linguaggio informatico per descriverla, il VRML (Virtual Reality Markup Language).

Oggi finalmente la realtà virtuale è a portata di tutti: siete pronti a rivivere l’emozione di vedere le prime immagini “in diretta” da Marte… ma stavolta come se foste direttamente sul posto a guardarvi intorno?
Prendete il vostro visore 3d preferito (un modesto Cardboard di cartone da 10 euro applicato al cellulare, o un costoso GearVR, o un HTC Vive, o un PSVR,…), e collegatevi a questa pagina:


https://sketchfab.com/models/f442cd26d4ce46f488c2f3bcac90c002


Quello che vedrete è il modello originale della NASA (ormai scomparso dai server dell’altrettanto scomparsa Silicon Graphics) convertito in formato moderno e caricato sulla piattaforma di condivisione Sketchfab.

Questo filmato d'epoca mostra come funzionavano i "sofisticati" software "MarsMaps", "IvView"  e "Viz" usati dalla NASA per ricostruire e visualizzare il modello 3d del terreno, mentre quest'altro raro filmato è uno dei pochissimi che, oltre a mostrare la bizzarra procedura di "atterraggio rimbalzante" del rover, mostra anche come la scelta di una forma tetraedrica per la capsula non era casuale, ma studiata per far sì che il rover, ad apertura avvenuta dei petali, potesse trovarsi in ogni caso poggiato a terra, a  prescindere dal lato di riposo in cui veniva a fermarsi il lander una volta fermo e una volta sgonfiati gli airbag.


La piattaforma attuale Sketchfab permette, in modalità VR, di girarsi intorno stando fermi in un posto, o eventualmente cliccare sul punto in cui ci si vuole teletrasportare, e vedere le immagini in 3d stereoscopico immersivo; in modalità AR si può invece fisicamente camminare tra i sassi di Marte come se fossero nel nostro salotto, ma il 3d è monoscopico, e il cellulare va tenuto in mano e usato come se fosse una telecamera virtuale. Grazie al nuovo sistema Google ARCore, però, probabilmente presto potrà diventare possibile contemporaneamente camminare in un paesaggio virtuale e vederlo in 3d.

Questo è invece il modello 3d stampabile della cometa Churyumov-Gerasimenko, rocambolescamente esplorata dal lander Philae nel 2014, e di cui, grazie alle innumerevoli immagini trasmesse dall’orbiter Rosetta, l’ESA ha potuto ricostruire il modello 3d, ma ne esistono molti altri in giro:

67p

Qualcosa di analogo ha appena fatto l’agenzia spaziale giapponese JAXA coi dati provenienti dalla sonda Hayabusa 2 sull’asteroide Ryugu, partendo dal seguente filmato tridimensionale completo della rotazione:

stereoMovie 20180623 corrected

Credits: JAXA, Aizu Univ, Tokyo University, Kochi Univ, Rikkyo University, Nagoya University, Chiba Institute of Technology, Meiji Univ, AIST - Processing: M. Di Lorenzo

 La tecnica usata per ricostruire modelli tridimensionali a partire da coppie stereo di foto è nota come stereofotogrammetria, in inglese stereophotogrammetry; esistono alcuni programmi gratuiti come Regard3d e 3DF-Zephyr che consentono di realizzare modelli 3d di qualunque oggetto di cui si possieda un numero sufficiente di immagini riprese da molteplici punti di osservazione. A questo link è possibile vedere il primo modello tridimensionale di Ryugu pubblicato da JAXA e basato su questa tecnica, ribattezzata "Structure-from-Motion" (SfM), che poi è la stessa usata per ricavare modelli tridimensionali degli edifici partendo da fotografie aeree. Nella stessa pagina, c'è anche il filmato relativo a un modello più dettagliato, ottenuto con una tecnica alternativa che è quella della "stereofotoclinometria" (SPC), basata sulle ombre proiettate sotto diverse illuminazioni e già utilizzata per l'asteroide Itokawa visitato da Hayabusa-1; si vedono piccole differenze tra i due modelli ma la forma generale e i dettagli topografici principali sono in buon accordo. Chissà se i corrispondenti modelli 3D saranno mai scaricabili, nel frattempo, però, anche su sketchfab è uscito un modello scaricabile: https://sketchfab.com/models/44876e2f0d314b05ba32b0472a1eddc6 (ancora è un po' rozzo, ma immagino migliorerà nelle prossime settimane). 

Articolo realizzato con il contributo di Marco di Lorenzo

 

Sitografia e files sui modelli virtuali:

Silicon Graphics (SGI.zip)
pathfinder_official_archive.zip

jpg_textures.tar.gz
L_res.tar
mpf1M.iv.bz2.gz
mpf100K.iv.bz2
simulation.wrl.gz
XL_res.tar.gz
XXL_res.tar.gz

Reference sites:
http://vislab-ccom.unh.edu/~schwehr/photoRealVR/
https://mars.jpl.nasa.gov/MPF/vrml/mpf1/
http://pds-geosciences.wustl.edu/mpf/mpfl-m-imp-5-3dposition-v1/mpim_2xxx/extras

FTP:
ftp://pds-geosciences.wustl.edu/mpf/mpfl-m-imp-5-3dposition-v1/mpim_2xxx

Software:
OpenInventor tools
OpenInventor tools wiki
OpenInventor (.iv) to Wavefront (.obj) converter (link)
MeshConverter (link)
VRML 1.0 to VRML 2.0 converter
Meshlab (VRML 2.0 to OBJ) 

Altre info su questo post:

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Luca Cassioli

Sono laureato in ingegneria elettronica e appassionato di qualunque moderna tecnologia: dall'aerospazio alla realtà virtuale, dall'elettronica ai droni, dalle auto elettriche alla stampa 3d, passando per realtà aumentata ed energie alternative....
Costruisco modellini 3d delle sonde interplanetarie che negli anni si avventurano ad esplorare il sistema solare, ma ho anche un'impianto solare autocostruito in giardino, e un'auto elettrica nel posto-macchina...
Sono anche un inventore a tempo perso, e sono comparso in TV col mio "famoso" bicchiere gonfiabile, prima a "I fatti vostri" nel 2000 e poi a "SOS uno mattina" nel 2003, per poi finire nel 2004 a GEO&GEO col mio "stereovisore a specchi".
Non c'è limite a quello che mi interessa sapere, scoprire e inventare! 


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