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).

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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.

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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.

22

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

23

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.