Nowadays, Augmented Reality (AR) is used more and more frequently in different fields. With the increasingly development of Head Mounted Display (HMD) technologies, that are visors that can be worn directly on the head by the user, applications in which he is simultaneously immersed in the real and virtual world are possible. In fact, it's possible to project fixed virtual elements in the world, to allow the user to interact with them freely. However, this type of experience is still limited. Because of the way the holographic devices work, they need to locate themselves in the surrounding environment and, to do so appropriately, the latter must be static, closed and restricted. This thesis project aims to bridge this technological gap in order to create a true Augmented Reality experience even in a completely dynamic context, such as cycling. The aim is to allow the user who is pedaling on a bicycle to use the viewer to enjoy an experience that for the moment is not possible given the hardware and software limitations present. Examples of this type have not yet been studied in the literature. The thesis aims to create two different types of applications: the first, called Pace-keeper, which allows the user to set up a training plan and see a hologram projected, in the direction in which he is moving, at a distance which depends on training performance; the second, called Virtual race, in which the user faces a real cycling race against the virtual hologram. The two applications, although very different, have in common the need to design ad-hoc localization algorithms that allow a correct holographic reprojection in the context in question. Furthermore, the complete system with which we worked, is composed of several different elements, such as the equipped bike, the Head Mounted Display and a smartphone. One of the strengths of this project was to be able to correctly integrate all the parts of such a heterogeneous system, to guarantee a real experience of Mixed Reality (MR), in which the user is completely immersed in a world where the virtual elements are reprojected. Both applications have been developed and successfully tested on HoloLens, one of the most advanced headset on the market today.

Al giorno d'oggi, la Realtà Aumentata (AR) viene utilizzata sempre più frequentemente in diversi ambiti. Con lo sviluppo sempre più all'avanguardia degli Head Mounted Display (HMD), ovvero i visori direttamente indossabili sulla testa dall'utente, applicazioni in cui egli è contemporanemente immerso nel mondo reale e in quello virtuale sono possibili. Infatti, si è in grado di proiettare elementi virtuali fissi nel mondo, così da permettere all'utente di interagirci liberamente. Questo tipo di esperienza è tuttavia ancora limitato. Per come funzionano i visori, essi hanno bisogno di localizzarsi nell'ambiente circostante, e per farlo opportunamente quest'ultimo deve essere statico, chiuso e ristretto. Questo progetto di tesi si pone di colmare questo gap tecnologico per poter creare una esperienza di vera Realtà Aumentata anche in un contesto completamente dinamico, quale è quello ciclistico. Il fine è quello di permettere all'utente che sta pedalando in bicicletta, di utilizzare il visore per godere di una esperienza che per il momento non è possibile ottenere viste le limitazioni hardware e software presenti. In letteratura infatti, esempi di questo tipo non sono ancora stati studiati. La tesi si propone di realizzare due tipi di applicazioni diverse: una prima, chiamata Pace-keeper, che permette all'utente di impostare un piano di allenamento e vedere un'ologramma proiettato, nella direzione in cui egli si sta muovendo, ad una distanza che dipende dalla performance di allenamento; la seconda, chiamata Virtual race, in cui l'utente affronta una vera e propria gara ciclistica contro l'ologramma virtuale. Le due applicazioni, benché molto diverse, hanno in comune la necessità di progettare algoritmi di localizzazione ad-hoc che permettano una corretta riproiezione olografica nel contesto in esame. Inoltre, il sistema completo con cui si è lavorato è composto da diversi elementi diversi tra loro, quali ad esempio una bici accessoriata, un Head Mounted Display ed uno smartphone. Uno dei punti di forza di questo progetto è stato quello di riuscire a integrare correttamente tutte le parti di un sistema così eterogeno, per garantire una vera e propria esperienza di Realtà Mista (MR), in cui l'utente è completamente immerso in un mondo reale in cui vengono riproiettati gli elementi virtuali. Entrambe le applicazioni sono state sviluppate e correttamente testate su HoloLens, uno dei visori più all'avanguardia sul mercato odierno.

Development of a head mounted display based augmented reality system for cycling applications

Valore, Carmelo
2020/2021

Abstract

Nowadays, Augmented Reality (AR) is used more and more frequently in different fields. With the increasingly development of Head Mounted Display (HMD) technologies, that are visors that can be worn directly on the head by the user, applications in which he is simultaneously immersed in the real and virtual world are possible. In fact, it's possible to project fixed virtual elements in the world, to allow the user to interact with them freely. However, this type of experience is still limited. Because of the way the holographic devices work, they need to locate themselves in the surrounding environment and, to do so appropriately, the latter must be static, closed and restricted. This thesis project aims to bridge this technological gap in order to create a true Augmented Reality experience even in a completely dynamic context, such as cycling. The aim is to allow the user who is pedaling on a bicycle to use the viewer to enjoy an experience that for the moment is not possible given the hardware and software limitations present. Examples of this type have not yet been studied in the literature. The thesis aims to create two different types of applications: the first, called Pace-keeper, which allows the user to set up a training plan and see a hologram projected, in the direction in which he is moving, at a distance which depends on training performance; the second, called Virtual race, in which the user faces a real cycling race against the virtual hologram. The two applications, although very different, have in common the need to design ad-hoc localization algorithms that allow a correct holographic reprojection in the context in question. Furthermore, the complete system with which we worked, is composed of several different elements, such as the equipped bike, the Head Mounted Display and a smartphone. One of the strengths of this project was to be able to correctly integrate all the parts of such a heterogeneous system, to guarantee a real experience of Mixed Reality (MR), in which the user is completely immersed in a world where the virtual elements are reprojected. Both applications have been developed and successfully tested on HoloLens, one of the most advanced headset on the market today.
FRANCESCHETTI, LUCA
SAVARESI, SERGIO MATTEO
ING - Scuola di Ingegneria Industriale e dell'Informazione
21-dic-2021
2020/2021
Al giorno d'oggi, la Realtà Aumentata (AR) viene utilizzata sempre più frequentemente in diversi ambiti. Con lo sviluppo sempre più all'avanguardia degli Head Mounted Display (HMD), ovvero i visori direttamente indossabili sulla testa dall'utente, applicazioni in cui egli è contemporanemente immerso nel mondo reale e in quello virtuale sono possibili. Infatti, si è in grado di proiettare elementi virtuali fissi nel mondo, così da permettere all'utente di interagirci liberamente. Questo tipo di esperienza è tuttavia ancora limitato. Per come funzionano i visori, essi hanno bisogno di localizzarsi nell'ambiente circostante, e per farlo opportunamente quest'ultimo deve essere statico, chiuso e ristretto. Questo progetto di tesi si pone di colmare questo gap tecnologico per poter creare una esperienza di vera Realtà Aumentata anche in un contesto completamente dinamico, quale è quello ciclistico. Il fine è quello di permettere all'utente che sta pedalando in bicicletta, di utilizzare il visore per godere di una esperienza che per il momento non è possibile ottenere viste le limitazioni hardware e software presenti. In letteratura infatti, esempi di questo tipo non sono ancora stati studiati. La tesi si propone di realizzare due tipi di applicazioni diverse: una prima, chiamata Pace-keeper, che permette all'utente di impostare un piano di allenamento e vedere un'ologramma proiettato, nella direzione in cui egli si sta muovendo, ad una distanza che dipende dalla performance di allenamento; la seconda, chiamata Virtual race, in cui l'utente affronta una vera e propria gara ciclistica contro l'ologramma virtuale. Le due applicazioni, benché molto diverse, hanno in comune la necessità di progettare algoritmi di localizzazione ad-hoc che permettano una corretta riproiezione olografica nel contesto in esame. Inoltre, il sistema completo con cui si è lavorato è composto da diversi elementi diversi tra loro, quali ad esempio una bici accessoriata, un Head Mounted Display ed uno smartphone. Uno dei punti di forza di questo progetto è stato quello di riuscire a integrare correttamente tutte le parti di un sistema così eterogeno, per garantire una vera e propria esperienza di Realtà Mista (MR), in cui l'utente è completamente immerso in un mondo reale in cui vengono riproiettati gli elementi virtuali. Entrambe le applicazioni sono state sviluppate e correttamente testate su HoloLens, uno dei visori più all'avanguardia sul mercato odierno.
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Utilizza questo identificativo per citare o creare un link a questo documento: https://hdl.handle.net/10589/183593