Tra sensori e realtà virtuale: il nuovo ruolo del progettista nel digital design

di Sara Gonizzi

Carlo Ratti, noto architetto, ingegnere e insegnante presso il MIT di Boston, afferma che “il digitale non ha ucciso lo spazio, ma ha cambiato totalmente il modo di progettarlo”: ritiene che, ormai, fisico e digitale si stiano ricombinando in uno spazio ibrido, che va trasformato e ripensato utilizzando le nuove tecnologie. Tra queste, spiccano le realtà virtuale e aumentata, che permettono uno sfruttamento migliore dei modelli tridimensionali e una visione più completa, nonché la possibilità di “navigare” all’interno del progetto.

Il digital design è, in pratica, tutto ciò che è creato per essere visto attraverso uno schermo anziché stampato. Il digital product design è un processo iterativo che permette di trovare e migliori soluzioni a problemi e si riferisce principalmente a prodotti creati attraverso il software engineering.

Grazie all’utilizzo di tecnologie digitali come la modellazione CAD, il rilievo 3D del reale tramite fotogrammetria o laser scanning e la combinazione di queste tecniche, la progettazione ha fatto un salto in avanti nella condivisione e nella produzione collaborativa. I modelli 3D permettono di avere una copia digitale accurata e metrica dell’oggetto reale su cui i progettisti possono operare modificandone le geometrie senza dover intervenire su una copia fisica. La tecnica fotogrammetrica, usata da sola o in connessione con il laser scanner, permette di aggiungere ad un’accurata descrizione geometrica in tre dimensioni, la ricchezza fornita dal contenuto radiometrico. Spesso, i rilievi fotogrammetrici sono una soluzione ottimale per eseguire l’indagine in modo economico e in tempi brevi con l’utilizzo di camere non metriche digitali, attentamente calibrate con appropriati e specifici algoritmi e procedure. I sensori attivi come la scansione laser sono utilizzati per eseguire l’indagine di un oggetto, fornendo nuvole di punti 3D che possono essere unite fino ad ottenere l’esatta copia, metrica, dell’oggetto scansionato, direttamente in tre dimensioni.

Il Reverse Engineering può essere definito come un insieme di tecniche che permettono di generare un modello 3D dall’acquisizione di un oggetto reale tramite tecniche attive, per semplificazione raggruppate sotto la categoria di Laser Scanner e passive, come la fotogrammetria, che consente di ottenere informazioni affidabili di oggetti fisici e dell’ambiente circostante mediante processi di registrazione, misura e interpretazione delle immagini fotografiche e digitali. Il risultato finale del processo di reverse engineering permette di ottenere un modello accurato di un oggetto reale utilizzato per:

  1. Digitalizzazione di modelli fisici di fasi di concept o di evoluzione del progetto;
  2. Aggiornamento di un modello CAD\CAS rispetto alle modifiche eseguite su un prototipo;
  3. Verifica di conformità tra un prodotto costruito con il modello di progetto;
  4. Visualizzazione render di oggetti reali in scene sintetiche o vice-versa;
  5. Rilievo di un qualsiasi oggetto fisico che possa servire come base/ispirazione per la modellazione di un nuovo oggetto.
  6. La digitalizzazione del prodotto e dei processi, congiuntamente alla possibilità di inserirlo in un’esperienza d’uso, consente agli utenti di valutarne le caratteristiche (qualità estetiche, funzionali, aspetti ergonomici e di usabilità). Rimangono inoltre ben identificabili le possibili varianti progettuali prima ancora della realizzazione del prototipo e delle successive fasi di ingegnerizzazione e immissione sul mercato, diventando uno strumento per realizzare nuovi prodotti, innovare quelli esistenti o adeguarli alle variabili esigenze degli utenti.

Il processo, che parte dall’acquisizione 3D di un oggetto reale, permette di utilizzare un modello-copia che può essere modificato secondo le esigenze della riprogettazione con un processo di generative design. In questo modo è possibile, partendo da una riproduzione tridimensionale accurata, riprogettare l’oggetto secondo le esigenze o seguendo determinati processi di re-design ottenendo diversi prototipi digitali che possono essere confrontati e analizzati per esempio con tecniche FEM. L’utilizzo di realtà virtuale e reverse engineering permette quindi una verifica in tempi rapidi della rispondenza tra i requisiti progettuali e le esigenze e le aspettative dell’utente finale fin dalle prime fasi di ideazione del prodotto.

Utilizzando la realtà virtuale, la progettazione condivisa e simultanea permette un lavoro più snello, con meno sprechi sia di materiale che di tempo. L’ambiente virtuale infatti permette non solo la visualizzazione dei modelli 3D del prodotto da diverse prospettive ed in ogni sua parte, ma anche la manipolazione e la modifica del prototipo in tempo reale da parte di diversi soggetti in simultanea e il rilevamento dei comportamenti dei vari elementi che lo compongono in base alle condizioni simulate. Così facendo, il team di progettazione può verificarne ogni singolo aspetto (estetico, funzionale, relazionare) in minor tempo e soprattutto potendo applicare di volta in volta le modifiche necessarie che vengono immediatamente testate e, se funzionali, applicate. L’interazione simultanea tra ingegneri e designers all’interno dell’ambiente virtuale permette inoltre di formare teams di progettazione dislocati in diverse aree geografiche.

Negli ambienti virtuali i fattori sociale, interattivo e comunicativo sono predominanti e facilitati, anche senza un precedente incontro dal vivo. La collaborazione all’interno del mondo virtuale viene facilitata da un ambiente di lavoro condiviso che permette, grazie alle proprie caratteristiche intrinseche di efficacia e innovazione, interventi simultanei e diversificati, aggiungendo veridicità al prodotto e accorciando il tempo di sviluppo. Questo nuovo modello di collaborazione migliora le operazioni aziendali in quanto:

  1. permette l’accesso a figure professionali con appropriati livelli di esperienza in base alle necessità, anche se non presenti all’interno dell’azienda;
  2. la creazione e lo sviluppo di prodotti intermedi possono essere eseguite tra operatori interni ed esterni collaborativamente riducendo tempi e costi attraverso l’utilizzo di spazi di lavoro virtuali condivisi e protetti;
  3. è possibile rifinire e testare prodotti intermedi o provenienti da fornitori o terze parti attraverso simulazioni interattive, ad esempio prima dell’assemblaggio del prodotto finale o al fine di decidere quale sia la soluzione migliore proposta.

L’utilizzo della realtà virtuale consente di integrare diverse applicazioni, modifiche e test sul prodotto, a supporto della progettazione. Il realismo che contraddistingue l’ambiente virtuale, inoltre, permette e contribuisce il processo creativo, amplificando gli stimoli nella progettazione condivisa. La proprietà che maggiormente contraddistingue gli ambienti virtuali è l’interattività, rendendo più operatori attivi e coinvolti nel processo di progettazione. Inoltre, questi ambienti offrono strumenti di lavoro distribuito che portano a risultati migliori in minor tempo, tramite una collaborazione più efficace. Tre sono di solito i processi facilitati dall’utilizzo di un ambiente virtuale:

  1. comunicazione: i membri di un team possono comunicare più facilmente tra loro utilizzando la realtà virtuale;
  2. informativa: è più facile raccogliere, condividere ed elaborare le informazioni;
  3. interazione: il modello condiviso permette una maggiore collaborazione.

La condivisione di uno spazio, anche se virtuale, permette un maggior coinvolgimento e quindi una più fattiva attività nel processo di progettazione, oltre ad aumentare l’attenzione prestata durante le fasi di lavoro. Il maggiore realismo, inoltre, supporta l’elaborazione informativa poiché migliore sarà la visualizzazione e la comprensione del risultato che deve raggiungere il team.  Gli elementi visuali come, ad esempio, rappresentazioni 3D di oggetti ed immagini e grafici interattivi, rappresentano un mezzo molto efficiente per semplificare la comprensione di questioni o situazioni complesse e tendono a minimizzare le possibilità di interpretazioni divergenti da parte dei membri del team. Il maggior grado di realismo vissuto all’interno dell’ambiente VR dunque, è positivamente correlato alla profondità e all’efficacia dell’elaborazione informativa. Infine, l’interattività offerta dagli ambienti virtuali stimola l’elaborazione informativa in quanto l’ambiente viene percepito con un maggior grado di naturalezza rispetto alle rappresentazioni 2D. I vantaggi nell’utilizzo di un ambiente virtuale di progettazione sono svariati:

  1. riduzione di tempi e costi di riallocazione delle risorse e riduzione dei tempi di sviluppo;
  2. riduzione dei tempi di uscita del prodotto sul mercato;
  3. creazione di unità di esperti altamente specializzati e geograficamente dislocati;
  4. elevato livello di libertà di azione degli individui coinvolti nel progetto di sviluppo;
  5. flessibilità nell’organizzazione del lavoro e interdipendenza tra risorse e progetti;
  6. creazione e miglioramento della collaborazione tra diverse organizzazioni, fornitori e consumatori;
  7. ottimizzazione del contributo dei soggetti coinvolti nel progetto;
  8. stimolazione di nuove idee e di soluzioni a eventuali problematiche;
  9. stimolazione della creatività all’interno del team;
  10. migliori risultati in termini di qualità e produttività;
  11. ottimizzazione della sperimentazione e della fase di prototipazione attraverso la riduzione degli sprechi di materiali fisici;
  12. riduzione del rischio di gestione;
  13. maggior efficienza nel trasferimento di informazioni, dati, conoscenza e risultati;
  14. feedback distribuito e in tempo distribuito sul parere dei consumatori in merito al nuovo prodotto o servizio;

Una delle fasi che in particolar modo beneficia dell’utilizzo di questi sistemi e modelli operativi è la fase di prototipazione che di solito è formata da diverse fasi di realizzazione e verifica del prodotto, permettendo di modificarne le caratteristiche prima del processo di realizzazione, evitando sprechi e quindi riducendo i costi. Ogni prototipo fisico va ricostruito dopo ogni test e questo porta a sprechi di risorse e tempo. La prototipazione virtuale viene in aiuto in questa fase delicata in quanto permette di progettare, disegnare, modificare e testare il prodotto quante volte sia necessario senza dover mai creare un prototipo fisico, minimizzando quindi il tempo di produzione e lo spreco di prodotto, nonché limitando in maniera sostanziale l’utilizzo di risorse economiche. Attraverso un sistema di simulazione interattiva, infatti, la realtà virtuale permette al team di progettazione di visualizzare ogni parte ed elemento del prodotto e di verificarne l’operatività nell’insieme. In questo modo, difetti di progettazione o problematiche relative all’assemblaggio si presentano prima della creazione di un prototipo fisico e il ciclo di costruzione, verifica e ricostruzione diventa realmente più breve e meno costoso consentendo così al prodotto di raggiungere il mercato più velocemente.

Un altro ambito importante è quello chiamato collaborative customisation, concetto spesso associato a quello di mass- customization, L’utilizzo di tecnologie ICT integrate permette di agire sui costi di produzione e progettazione, riducendoli, aprendo all’opportunità di realizzare un prodotto personalizzato al prezzo di un prodotto di largo consumo. Permette quindi di passare dalla mass production alla mass customization, altro ambito importante spesso collegato con la collaborative customisation che si riferisce alla volontà delle aziende di incontrare sempre più le esigenze dei consumatori, per rendere gli oggetti prodotti focalizzati sulle necessità dell’individuo. L’utilizzo di tecnologie virtuali facilita il dialogo con il consumatore che può eventualmente interagire con il prototipo nel mondo virtuale tramite una progettazione collaborativa: gli utenti finali possono accedere in modo costante alla rete grazie ad applicazioni mobili e alla sempre maggiore accessibilità dei sistemi informatici, portando a un sempre maggiore scambio d’informazioni e opinioni.