Simulazione di spazi espandibili mediante l'utilizzo di ambienti CAVE

Virtual reality allows you to create immersive and interactive environments, replicate parts of the world around us through a computer; it can be real or purely imaginary, using different degrees of fidelity. Thanks to technological innovation of CPU and GPU, virtual reality stands today as a tool not only for the videogame market, but also as a support to the design and development in different technology areas, reproducing, for example, scenarios are not directly observable or too expensive or unsafe to physically reproduce in laboratories. Work described in this thesis is my internship in COSE Center at Thales Alenia Space in Turin, leader in the development and design of aerospace technologies. In this context, the virtual reality provides the ability to graphically reproduce unfamiliar environments on the Earth, as the simulation of space modules in the absence of gravity or driving a robot on a Martian terrain. These simulations are on operating environments of aerospace missions underway or in the planning stage. The situations described would indeed extremely costly to reproduce, for example, for a walk on the moon you need an installation that allows the reduction of the gravity, available on Earth only under special conditions, such as parabolic flight or simulation in pool, but make it impossible to reconstruct the complete operating environmental state. Immersion in these virtual environments increases exponentially when the user does not utilize external inputs such as mouse and keyboard but uses the movement of his body to drive the simulation. Inside the Vr-Lab COSE Center there is a CAVE, an installation of three walls on which simulations are projected in three dimensions and tools and traking devices that recognize the user's movements. This thesis proposal will be developed starting from the description of thales Alenia Space and the regional project STEPS 2 which includes many activities, especially the validation of the simulator of the Rover Seekur Jr operating on a Martian terrain. Other analysis was performed of the management software acts to building virtual environments, evaluating the use of an game engine like Unity3D. With the aim to make feasibility tests ove devices in Vr-Lab using these technologies, an Unity3D installation was performed and validated on the available industrial CAVE. The simulation developed in this context is the behavior reproduction of a space module developed to be sent to the ISS (International Space Station). That module is said Inflatable and consists of a structure able to expand, so it can have less space in the launch phase and it can create usable environment once in orbit. This representation allows then to visualize the behavior of Inflatable module into its components in the closing and expansion stages, even before it is actually built.

La realtà virtuale permette di creare ambienti immersivi e interattivi, replicare parti del mondo che ci circonda attraverso un computer, sia esso reale o puramente immaginario, con differenti gradi di fedeltà. Grazie all'innovazione tecnologica di CPU e GPU, la realtà virtuale si pone oggi come strumento non solo per il mercato video-ludico, ma anche come supporto alla progettazione e allo sviluppo in differenti aree tecnologiche, riproducendo, ad esempio, scenari non direttamente osservabili oppure scenari troppo dispendiosi o poco sicuri da riprodurre fisicamente in laboratorio. Il lavoro descritto in questa tesi tratta del mio stage presso il COSE Center di Thales Alenia Space Torino, azienda leader nello sviluppo e progettazione di tecnologie aerospaziali. In questo contesto la realtà virtuale offre la possibilità di riprodurre graficamente ambienti estranei al panorama terrestre, come la simulazione di moduli spaziali in assenza di gravità o la guida di un robot su un terreno marziano. Queste sono simulazioni di ambienti operativi di missioni aerospaziali in corso o in fase di progettazione. Le situazioni descritte sarebbero infatti estremamente costose da riprodurre, ad esempio per una passeggiata sul suolo lunare si dovrebbe predisporre di un'installazione che permetta la riduzione della gravità, praticabile sulla terra solamente in condizioni particolari, come il volo parabolico o la simulazione in piscina, che però rendono di fatto impossibile la ricostruzione dello stato ambientale operativo completo. L'immersione in questi ambienti virtuali aumenta esponenzialmente quando l'utente non utilizza sistemi di input esterni come mouse e tastiera ma utilizza il movimento del proprio corpo per guidare la simulazione. All'interno del Vr-Lab del COSE Center si trova infatti un CAVE, un'installazione di tre pareti su cui viene proiettata la simulazione in tre dimensioni e strumenti e device di tracking che riconoscono i movimenti dell'utente. Questa proposta di tesi si svilupperà partendo dalla descrizione di Thales Alenia Space e del progetto regionale S.T.E.P.S. 2 in cui rientrano le attività svolte durante la mia permanenza, in particolare la validazione del simulatore del Rover Seekur Jr operante su un terreno marziano. In seguito è stata eseguita un'analisi della gestione dei software atti alla costruzione di ambienti virtuali, valutando l'utilizzo di game engine come Unity3D. Con l'obbiettivo di effettuare dei test di fattibilità di queste tecnologie sui dispositivi del Vr-Lab, è stata eseguita e validata l'installazione di Unity3D operante sul CAVE industriale a disposizione. La simulazione sviluppata in questo contesto è la riproduzione del comportamento di un modulo spaziale progettato per essere inviato alla ISS (International Space Station). Questo modulo è detto Inflatable e consiste in una struttura in grado di espandersi, per avere meno ingombro in fase di lancio e creare ambiente utilizzabile una volta in orbita. Questa rappresentazione permette quindi di visualizzare il comportamento dell'Inflatable nelle sue componenti nelle fasi di chiusura ed espansione, prima ancora che questo venga effettivamente costruito.