Per lo sviluppo dell'applicazione è stato utilizzato il codice C# con editor Microsoft Visual Studio, il motore grafico XNA, il framework per la gestione della Realtà Aumentata GoblinXNA e le librerie di marker tracking ALVAR VTT e ARTag. L’obiettivo di questa tesi è stato costruire un’applicazione basata su un’architettura CLIENT/SERVER che permetta di svolgere una lezione su una specifica materia di studio, mediante la visualizzazione di modelli in Realtà Aumentata. Il docente, che gestisce l’applicazione lato SERVER, definisce il modello in AR riferito alla lezione che gli studenti visualizzeranno sullo schermo di ogni postazione sulla quale è in esecuzione l’applicazione lato CLIENT. Tutto questo è possibile anche grazie al supporto di una semplice webcam e all’utilizzo di semplici fogli di carta su cui sono stampati i cosiddetti marker, dei quadrati bianchi e neri al di sopra dei quali potranno essere visualizzati i contenuti 3D virtuali, arricchendo di conseguenza la scena reale. L’applicazione è stata sviluppata con la collaborazione del dirigente scolastico e dei docenti dell’Istituto Comprensivo “Italo Calvino” di Alliste (LE), i quali hanno proposto alcune idee per la creazione di un’ interfaccia semplice ed intuitiva che possa soddisfare al meglio gli obiettivi preposti.

1. UNIVERSITA’ DEL SALENTO
Facoltà di Ingegneria
Corso di Laurea in Ingegneria dell’Informazione
SVILUPPO DI UNA PIATTAFORMA
CLIENT/SERVER
PER ATTIVITA’ DIDATTICHE
BASATE SU REALTA’ AUMENTATA
ANNO ACCADEMICO 2009/2010
RELATORE:
Prof. Giovanni Aloisio
CORRELATORE:
Ing. Lucio Tommaso De Paolis
LAUREANDO:
Giacomo Giovanni Delfini

2. 1 - Introduzione
L’obiettivo di questo progetto è la progettazione e la realizzazione di
un’applicazione Client/Server per la didattica che faccia uso della
tecnologia della Realtà Aumentata.
Il docente, tramite la postazione SERVER, utilizza i modelli 3D disponibili
che saranno visualizzati dagli studenti nelle postazioni CLIENT utilizzando
i marker tipici delle applicazioni di realtà aumentata.
L’applicazione è stata sviluppata in collaborazione con l’ISTITUTO
COMPRENSIVO “Italo Calvino” di ALLISTE (LE).
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2 - La Realtà Aumentata
Un sistema di Realtà Aumentata (AR) permette di aggiungere
informazioni virtuali al mondo che ci circonda.
L’applicazione presentata è un sistema di
realtà aumentata di tipo marker-based

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Si fa uso di tale tecnologia per rendere più coinvolgente e più
intuitiva la lezione da parte del discente.
2.1 – Settori in cui è applicata la AR
• Addestramento militare
• Medicina e chirurgia
• Ambito industriale
• Beni culturali
Didattica

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3 – Applicazione CLIENT/SERVER
ARSERVER: utilizzato dal docente per associare
al marker i modelli virtuali da utilizzare per la
lezione.
ARCLIENT: utilizzato dagli studenti che, dopo il
download di un file di configurazione XML,
usufruiscono della visualizzazione in AR e
interagiscono con il modello.

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3.1 – Applicazione ARSERVER
I dati riferiti ad ogni lezione sono inseriti all’interno di un file XML.

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3.1.1 – Applicazione ARSERVER
Dalla postazione Server è possibile:
1. Selezionare il contenuto virtuale da associare alla
lezione.
2. Condividere il file di configurazione XML con le
postazioni client.
3. Avviare la procedura di scambio delle informazioni tra
Server e Client.

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3.1.2 – Applicazione ARSERVER – Interfaccia di gestione
L’applicazione Server è dotata di un’opportuna interfaccia che permette al
docente la gestione del contenuto informativo associato ad ogni lezione.

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3.2 – Applicazione ARClient.

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3.2.1 – Applicazione ARCLIENT
Dalla postazione client è possibile:
1. Connettersi al Server.
2. Cercare il file di configurazione messo a disposizione
dal Server e selezionarlo.
3. Scaricare il file di configurazione della lezione in AR.
4. Disconnettersi dal Server.
5. Usufruire della lezione in Realtà Aumentata tramite il
marker.

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Termina Scambio (TERMINAOP)
Il file è arrivato (FILE_OTTENUTO)
Invio del file in bytes
Inizia ad inviare (INIZIA_INVIO)
Risposta positiva al GET (GETOK)
Download File(GET)
Ricerca File (SERVER_RICERCA)
File Trovato (RICERCA_ESEGUITA)
CLIENTCLIENT SERVERSERVER
Il Server è in
ascolto sulla
porta 8090
Il Server è in
ascolto sulla
porta 8090
Il Client si
connette al
Server sulla
porta 8090
Il Client si
connette al
Server sulla
porta 8090
Connessione al Server
Connessione Client OK
4 – La comunicazione tra CLIENT e SERVER
Il trasferimento dei file di configurazione dal Server al Client avviene
instanziando un oggetto di tipo NetworkStream.

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5 – Visualizzazione dei contenuti in Realtà Aumentata
Avviene grazie al framework
GoblinXNA v. 3.5.1
Goblin XNA è una piattaforma open source sviluppata presso il
Laboratorio di Computer Graphics e User Interfaces della Columbia
University, nell’ambito della produzione di interfacce utente 3D per
applicazioni in realtà virtuale e in realtà aumentata.
Il framework Goblin XNA è stata sviluppato interamente tramite codice C#
e sulla base del framework Microsoft XNA Game Studio 3.1.

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5.1 – Organizzazione della Scena
Lo Scene Graph
rappresenta una tecnica
di programmazione per
la manipolazione delle
componenti audio e di
rendering delle scene
virtuali.

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5.2 – Visualizzazione AR con GoblinXNA
Per la visualizzazione dei modelli virtuali in realtà
aumentata sono stati utilizzati i seguenti strumenti:
• Le classi del framework DirectShow per l’acquisizione
dell’immagine reale tramite webcam.
• Il supporto software fornito dalla libreria di marker tracking
ALVAR v.1.4.0, sviluppata dall’azienda finlandese VTT.
• La classe ModelLoader appartenente al namespace
GoblinXNA.Graphics per il caricamento dei modelli virtuali
3D.

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5.2 – Video dimostrativo dell’applicazione

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6 – Conclusioni e sviluppi futuri
L’utilizzo di un’architettura di tipo CLIENT/SERVER, rappresenta
un’evoluzione rispetto ad un eseguibile di tipo STAND ALONE in cui solo
il docente può utilizzare l’applicazione.
Possibili sviluppi futuri per questa applicazione potrebbero essere:
• La realizzazione di nuovi modelli 3D virtuali appositi per il framework
GoblinXNA utili alla creazione di nuove lezioni.
• Il miglioramento dell’architettura CLIENT/SERVER aumentando l’interazione
tra docenti e studenti, mediante l’invio di messaggi verso le postazioni client.
• La visualizzazione delle informazioni sui modelli 3D visibili in Realtà Aumentata
potrebbe essere arricchita con animazioni video e contenuti audio.
• L’Utilizzazione di altri array di marker per l’aggiunta di altri contenuti informativi
che possono aiutare a comprendere meglio la lezione.

17. Grazie a tutti
per l’attenzione!