Relazione Triennale 2009-2012

Politecnico di Bari RELAZIONE TRIENNALE (art. 6 della legge 240/10) D.d.R. Ing. MICHELE FIORENTINO 9- RELAZIONE TRIENNALE 9- Sommario Sommario .............................................................................................................................................................1 Posizione ...............................................................................................................................................................1 Attività di ricerca ..................................................................................................................................................2 Visualizzazione di dati ingegneristici in ambienti virtuali e di augmented reality ...........................................2 L'Augmented Reality per la manutenzione industriale ....................................................................................6 Partecipazione a progetti di ricerca......................................................................................................................9 Incarichi di ricerca (fellowship) istituti di ricerca internazionali, di alta qualificazione .......................................9 Partecipazione a enti o istituti di ricerca, esteri e internazionali, di alta qualificazione ......................................9 Lavori pubblicati su invito dell'editorial board di riviste scientifiche e libri internazionali: .............................. 10 Seminari e lezioni tenuti su invito presso Istituzioni di Ricerca Italiane ed Estere: .......................................... 10 Risultati ottenuti nel trasferimento tecnologico in termini di partecipazione alla creazione di nuove imprese (spin off), sviluppo, impiego e commercializzazione di brevetti ....................................................................... 10 Altri titoli ............................................................................................................................................................ 10 Pubblicazioni Scientifiche .................................................................................................................................. 11 Articoli su rivista ............................................................................................................................................ 11 Contributo in volume (Capitolo o Saggio) ..................................................................................................... 12 Contributo in Atti di convegno ...................................................................................................................... 12 Attività Didattica ................................................................................................................................................ 13 A.A. 2011-2012 .............................................................................................................................................. 13 A.A. 2010-2011 .............................................................................................................................................. 13 A.A. 2009 2010 .............................................................................................................................................. 13 A.A. 2008 2009 .............................................................................................................................................. 14 Supervisione tesisti e dottorandi ................................................................................................................... 14 Autorizzazione dati personali ............................................................................................................................ 14 Posizione Alla data 1 Dicembre 2012: Ricercatore confermato a tempo pieno presso la I Facoltà di Ingegneria del Politecnico di Bari, di ruolo nel settore disciplinare ING-IND/15 Diseg o e etodi dell’i geg e ia 1 Relazione Triennale, DDR ING Michele Fiorentino RELAZIONE TRIENNALE 9- Industriale, afferente presso il DIMEG. Le principali aree tematiche sono descritte in dettaglio nelle seguenti sezioni. Attività di ricerca Visualizzazione di dati ingegneristici in ambienti virtuali e di augmented reality Le simulazioni ingegneristiche agli elementi finiti, ormai strumento indispensabile nella progettazione industriale, hanno raggiunto una tale complessità da rendere insufficienti gli strumenti tradizionali di visualizzazione e post-processing. Le principali cause sono le seguenti: (i) i modelli CAD tridimensionali sempre più dettagliati e più vicini al modello reale, (ii) l’i teg azio e della dimensione temporale (CAD 4D), (iii) la simulazione multi-fisica (es. termico, strutturale, fluidodinamico), (iv) la bassa usabilità dell’i te fa ia uo o a hi a, e (v) la scarsa adattabilità degli strumenti al lavoro multidisciplinare e collaborativo. L’o ietti o s ie tifi o di uesta ricerca è stato quindi lo sviluppo di sistemi hardware/software per la visualizzazione altamente interattiva e condivisa del tipo use s i the loop ( Figura 1). Figura 1. Il workflow sviluppato per la visualizzazio e di dati s ie tifi i del tipo use s in the loop Nel laboratorio VR3LAB del DIMEG è stato sviluppato ADRON, uno spazio lavoro in realtà mixed e collaborativa, realizzato mediante una architettura client\server web-based, la visualizzazione flessibile su più dispositivi (schermo, desktop e head mounted display, detti anche HMD) e il tracciamento di marker binari nello spazio (marker tracking). Il metodo (vedi Figura 2) e il relativo software di comando, gestione e controllo sono stati ideati ed implementati avvalendosi anche della 2 Relazione Triennale, DDR ING Michele Fiorentino RELAZIONE TRIENNALE 9- collaborazione con importanti centri di ricerca internazionali. Il sistema è unico nel suo genere per potenzialità, caratteristiche e soluzioni tecniche impiegate. Geometric Modeller Reverse Engineering Activity A Modelling Visualization FEM Virtual Reality Activity B Assembly Et … Figura 2. Schema blocchi del metodo proposto La ricerca è stata successivamente focalizzata all’otti izzazio e del p o esso di isualizzazio e delle informazioni tecniche e ingegneristiche (disegni, annotazioni, modelli 3D, video multimediali, etc.) direttamente sull’a ie te eale mediante la sovrapposizione digitale con HMD o senza occhiali (es. mediante tablet computer come in Figura 3). Inoltre sono state sviluppate tecniche innovative per l’interazione asate sugli Aug e ted Te i hal D a i gs o e o mediante disegni tecnici dotati di uno speciale cartiglio binario che li rende interfacce tangibili interattive( tabs, tokens, etc). 3 Relazione Triennale, DDR ING Michele Fiorentino RELAZIONE TRIENNALE 9- Figura 3. Visualizzazione degli Aug e ted Te i hal D a i gs con occhiali (sinistra) e con tablet (destra) Inoltre la visualizzazione di informazioni tecniche è stata portata ad un livello superiore di interattività implementando una serie di visualizzatori sperimentali in cui il progettista può cambiare i parametri a contorno delle simulazioni ingegneristiche FEM e osservarne in tempo reale i risultati (vedi Figura 4Figura 5). Figura 4. Risulatati FEM applicati direttamente su una trave incastrata (sinistra) e su una carena di barca a vela (destra) Questo approccio ha permesso lo sviluppo e il test di algoritmi e metodi innovativi, grazie alla stretta collaborazione con gli altri ricercatori del Centro di Eccellenza in Meccanica Computazionale (CEMeC) del Politecnico di Bari. Il sistema sviluppato si è dimostrato non solo di notevole aiuto nella p ofessio e dell’i geg ere esperto, ma soprattutto si è rilevato particolarmente efficace per fini didattici (vedi Figura 5). 4 Relazione Triennale, DDR ING Michele Fiorentino RELAZIONE TRIENNALE 9- Figura 5. Esempi di visualizzazione di simulazioni in AR Infine è stato anche affrontato il problema legato alla scarsa attitudine dei sistemi CAX attuali a promuovere la collaborazione interdisciplinare tra esperti, come richiesto dai moderni ambienti di lavoro di concurrent engineering (CE). Come possibile soluzione al problema è stato sviluppato un ambiente collaborativo ( vedi Figura 6) basato su disegni tecnici aumentati in grado di facilitare la discussione e il teamworking. Questo filone di ricerca ha avuto importanti riscontri in termini di pubblicazioni su riviste internazionali e rilevanti conferenze di settore. Figura 6. Ambiente collaborativo in augmented reality per il design condiviso tra diversi esperti, ognuno dotato della sua postazione 5 Relazione Triennale, DDR ING Michele Fiorentino RELAZIONE TRIENNALE 9- L'Augmented Reality per la manutenzione industriale L'Augmented Reality (AR) o realtà aumentata, è una tecnologia innovativa in grado di miscelare contenuti sintetici al modo reale mediante dispositivi appositi (i.e. Head Mounted Displays , la videoproiezione o un tablet, Figura 7). Nata nell'a ito dell’i dust ia ae o auti a militare la AR è stata sperimentata con particolare successo nella manutenzione, dove le operazioni tecnicamente complesse devono essere eseguite in modo efficace, rapido e in situ. Figura 7. Un sitema di head mounted display (HMD) a sinistra, uno a videoproiezione (a destra), uno basato su tablet Infatti la documentazione tecnica in AR permette di fornire agli addetti muniti di sistema di visualizzazione le informazioni contestuali e le schede di lavoro con contenuti geo referenziati ai componenti reali. 6 Relazione Triennale, DDR ING Michele Fiorentino RELAZIONE TRIENNALE 9- I vantaggi apportati dalla soluzione AR sono principalmente i seguenti : (i) possibilità di lavorare a mani libere, (ii) disporre di documentazione aggiornata ed in qualsiasi momento, (iii) localizzazione delle parti da operare, (iv) connettività internet\intranet incorporata al sistema, e (v) interattività ell’a esso all’i fo azio e. L’utilizzo dell’AR può sostituire la consultazione di manuali voluminosi in condizioni di scarsa accessibilità e\o alla scarsa disponibilità di tempo. Nell’a ito di uesta i e a è stato sviluppato ed integrato un sistema di AR che intende snellire il processo di manutenzione migliorandone, allo stesso tempo, le prestazioni. Le informazioni tecniche sono presentate sotto forma di modelli tridimensionali o messaggi multimediali (immagini, grafici, tabelle, testo, filmati, audio, etc.) che, sovrapposti al componente in manutenzione, guidano l'operatore in un semplice approccio step by step. Il sistema di manutenzione è caratterizzato da 5 elementi fondamentali: il visore, il computer, la telecamera per il tracking, ed eventualmente un videoproiettore. Il visore è al momento il punto debole della catena, ma sono in corso interessanti i e he a igua do fi a ziate dai olossi o diali dell’high te h o e Google, Mi osoft, “o y, et . Il co pute e t ale è i teg ato ell’a iglia e to di si u ezza e ui di o i go a te pe il suo utilizzatore. La telecamera è usata principalmente pe l’a uisizio e del pu to di ista dell’ope ato e, il t a ki g degli oggetti eali e pe ette a he l’eventuale trasmissione del punto di vista ad altre persone per suggerimenti tecnici o training (remote mainteinance). Il risultato tangibile di questa ricerca è stato lo sviluppo di metodi, algoritmi e sistemi AR software/hardware per la manutenzione industriale. Inoltre, utilizzando i sistemi sviluppati, sono stati eseguiti degli esperimenti per la alutazio e delle p estazio i dell’ute te o pa ate o le pratiche attualmente utilizzate ell’i dust ia e su asi di studio eali fo iti da pa t e i dust iali (Figura 8). Questi test hanno portato a numerosi risultatati di interesse scientifico e in fase di pubblicazione. 7 Relazione Triennale, DDR ING Michele Fiorentino RELAZIONE TRIENNALE 9- Figura 8. Esempi di applicazioni industriali: manutenzione motore motociclistico (sinistra), assemblaggio benna (destra) L’analisi statistica dei dati acquisiti ha dimostrato sia con dati quantitativi (tempi, percentuale di errore, etc.), sia con parametri soggettivi (interviste), l’effi a ia dei sistemi AR applicati alla manutenzione in termini di velocità di esecuzione ma soprattutto un notevole miglioramento della casistica di errore (Figura 9). Questo si spiega con un evidente minore sforzo cognitivo da parte dell’ope ato e. 8 Relazione Triennale, DDR ING Michele Fiorentino 9- RELAZIONE TRIENNALE Completion Time (s) 10 Paper Augmented 3 1 0.3 0.1 Task 1 Task 2 Task 3 Task 4 Figura 9. Miglio a e ti Overall isu ati o l’AR ei Tempi di manutenzione (sinistra) e nella percentuale di errore (destra) Partecipazione a progetti di ricerca Progetto Durata Collaborative Research Centre 614 “Self-Optimizing Concepts and Structures in 6 Mechanical Engineering” funded by the German Research Foundation (DFG) Ruolo Ricoperto Ricercatore Incarichi di ricerca (fellowship) istituti di ricerca internazionali, di alta qualificazione Tipo Ente Ricerca Heinz Nixdorf Institut, Paderborn, Germania Dal Al 03/2012 09/2012 Partecipazione a enti o istituti di ricerca, esteri e internazionali, di alta qualificazione Dal 1/1/2001 afferisce come membro ricercatore al CEMEC, Centro di eccellenza in Meccanica Computazionale 9 Relazione Triennale, DDR ING Michele Fiorentino RELAZIONE TRIENNALE 9- Lavori pubblicati su invito dell'editorial board di riviste scientifiche e libri internazionali: Fiorentino m, g. Monno, a. E. Uva (2010). Tangible Interfaces for Augmented Engineering Data Management, Augmented Reality, Soha Maad (Ed.), ISBN: 978-953-7619-69-5, InTech, ( http://www.intechopen.com/books/augmented-reality) Seminari e lezioni tenuti su invito presso Istituzioni di Ricerca Italiane ed Estere: Lecture: Fiorentino M. “Personal Research 1999-2012”, University of Paderborn, Padeborn, Germany, 4-6-2012. Risultati ottenuti nel trasferimento tecnologico in termini di partecipazione alla creazione di nuove imprese (spin off), sviluppo, impiego e commercializzazione di brevetti 2012 Progetto di implementazione industriale dell’Augmented Reality nella manutenzione industriale in collaborazione con la Società Simulo Srl.di Bari (http://www.simulo.it) con dimostratore installato presso la Alcar SRL di Lecce. 2011 Valorizzazione produttiva dei risultati della ricerca sull'Augmented Reality attraverso la società MTM Project Srl. di Monopoli e vincitore di finanziamento REGIONE PUGLIA PO FESR 2007 - 2013 Promozione, valorizzazione e diffusione della ricerca e dell'innovazione per la competitività. 2010-2011 “sviluppo di un software dedicato per valutazioni terapeutiche delle patologie degenerative dolorose a carico del distretto anatomico lombo-sacrale, attraverso simulazioni pre-operatorie di interventi di protesizzazione” in collaborazione con la Loran S.r.l., Modugno (BA). Altri titoli Attività di collaborazione con riviste e congressi internazionale in qualità di Referee: - Computer-Aided Design Journal, Elsevier - CoDesign International Journal of CoCreation in Design and the Arts, Taylor & Francis - Computer Science and Information Systems, COMSIS - International Journal on Interactive Design and Manufacturing, Springer - Measurement, Journal of the International Measurement Confederation - Computer Methods and Programs in Biomedicine, Elsevier - ASME International Design Engineering Technical Conferences - ASME Computers and Information in Engineering Conference - TMCE, Tools and Methods of Competitive Engineering 10 Relazione Triennale, DDR ING Michele Fiorentino RELAZIONE TRIENNALE 9- E' stato componente della commissione giudicatrice dell'esame finale per il conseguimento del titolo di Dottore di Ricerca in Informatica e Telecomunicazioni dell'università di Trento nel 2010. Incarichi Istituzionali: Dal 2009 componente del Collegio dei Docenti del Dottorato di ricerca in "ingegneria meccanica e gestionale" del Politecnico di Bari 2006-2009 Rappresentate del personale docente in Giunta di dipartimento di Ingegneria Dal 1999 è uno dei fondatori e utilizzatori del laboratorio Vr3Lab, Virtual reality and reality reconstruction lab presso il DIMEG, Politecnico di Bari (http://www.dimeg.poliba.it/vr3lab/). Il Vr3Lab, sotto la direzione scientifica del Prof. Monno, è un punto di riferimento sul territorio per la ricerca nel settore della Realtà virtuale e aumentata e del reverse engineering. Il laboratorio ha collaborazioni con aziende e centri di ricerca e ospita attivamente ricercatori, dottorandi e studenti da importanti istituzioni nazionali e internazionali. Pubblicazioni Scientifiche Articoli su rivista Fiorentino M, Uva A, Monno G, Radkowski R (2012). Augmented Technical Drawings: A Novel Technique for Natural Interactive Visualization of Computer-Aided Design Models. 1 2012 JOURNAL OF COMPUTING AND INFORMATION SCIENCE IN ENGINEERING, vol. Volume 12, 024503-024503-8, ISSN: 1530-9827, doi: DOI:10.1115/1.4006431 Fiorentino m, Radkowski r, Stritzke c, Uva a, Monno G (2012). Design review of CAD assemblies using bimanual natural interface. INTERNATIONAL JOURNAL ON 2 2012 INTERACTIVE DESIGN AND MANUFACTURING, ISSN: 1955-2513, doi: 10.1007/s12008-012-0179-3 FIORENTINO M, DEbernardis S, Uva A.E, Monno G (2012). E ora come lo esporto?. IL 3 2012 PROGETTISTA INDUSTRIALE, vol. 1, p. 28-30, ISSN: 0392-4823 UVA A, FOGLIA M, FIORENTINO M (2011). Self calibrating Wearable Active Running 4 2011 Aymmetry Measurement and correction. CONTROL ENGINEERING AND APPLIED INFORMATICS, vol. 13, p. 3-8, ISSN: 1454-8658 UVA A, CRISTIANO S, FIORENTINO M, MONNO G (2010). Distributed design review using tangible augmented technical drawings. COMPUTER AIDED DESIGN, vol. 42, p. 3645 2010 372, ISSN: 0010-4485, doi: http://dx.doi.org/10.1016/j.cad.2008.10.015 11 Relazione Triennale, DDR ING Michele Fiorentino RELAZIONE TRIENNALE 9- FIORENTINO M, UVA A, DELLISANTI F, MONNO G (2010). Improving bi-manual 3D input in CAD modeling by part rotation optimization. COMPUTER AIDED DESIGN, vol. 6 2010 42, p. 462-470, ISSN: 0010-4485, doi: http://dx.doi.org/10.1016/j.cad.2008.12.002 CHIEPPA L, FIORENTINO M, UVA A, MONNO G (2010). Unified interactive wavelet approach for 2d sketch segmentation and editing. International journal of shape modeling. 7 2010 INTERNATIONAL JOURNAL OF SHAPE MODELING, vol. 16, p. 39-56, ISSN: 02186543, doi: 10.1142/S0218654310001274 Contributo in volume (Capitolo o Saggio) FIORENTINO M, MONNO G, UVA A (2010). Tangible Interfaces for Augmented Engineering Data Management. In: Augmented Reality. vol. 1, p. 113-128, RIJEKA:InTech, 1 2010 intertech org, ISBN: 978-953-7619-69-5, doi: 10.5772/7130 Contributo in Atti di convegno Radkowski R, FIORENTINO M, UVA A (2012). 2D/3D technical documentation navigation using natural interaction and augmented reality for maintenance. In: Proceedings of the TMCE 1 2012 2012. Karlsruhe (Germany), 7-11 May 2012, ISBN: 978-90-5155-081-8 Bevilacqua V, Filograno G, Fiorentino m, Uva A (2012). Early diagnosis of lung tumors by genetically optimized 3D-metaball malignancy metric. In: GECCO 2012 Procedings. 2 2012 philadelphia, 7-11-july-2012, vol. 1, p. 531-538, ISBN: 978-1-4503-1178-6 Fiorentino M, Radkowski R, Stritzke C, Uva A, Monno G (2012). Natural Interfaces for free hands CAD models interaction. In: Associazione Disegno di Macchine, WORKSHOP 3 2012 IMPROVE 2012. Capri, Italy, September 19th – 21st, 2012, , vol. I, ISBN: 8890209690 FIORENTINO M, DE TOMMASO E, M. NOTARNICOLA, A. SPECCHIA, MARIO QUERCIA, UVA A., BEVILACQUA V. (2011). 3D Virtual Colonoscopy Computer Aided 4 2011 Measurements: a new framework. In: Proceedings of MeMeA 2011. Bari, ISBN: 9781424493388 FIORENTINO M, UVA A, MONNO G (2011). Automatic image-based car profile character line recognition. In: In: Proceedings of IMProVe International Conference. Venice, 15-17 5 2011 June 2011, vol. I, PADOVA:Libreria Cortina, ISBN: 978-887784-334-0 12 Relazione Triennale, DDR ING Michele Fiorentino RELAZIONE TRIENNALE 9- Devedžić G, Ćuković S, Ristić B, Petrović S, FIORENTINO M, Lukovic T (2011). Combined Registration of Human Musculosceletal System. In: International Conference on Production 6 2011 Engineering. p. 189-192, , ISBN: 9788660550196 FIORENTINO M, UVA A, MONNO G (2011). Product Manufacturing Information Management in Interactive Augmented Technical Drawings. In: ASME 2011 World 7 2011 Conference on Innovative Virtual Reality. Milano, vol. 1, ISBN: 9780791844328 FIORENTINO M, UVA A, M. FOGLIA, V. BEVILACQUA (2011). Wearable rumble device for active asymmetry measurement and correction in lower limb mobility. In: Proceedings of 8 2011 MeMeA 2011. ISBN: 9781424493388 FIORENTINO M, UVA A.E, MONNO G (2010). Can videogame devices assist cad modelling? An experimental investigation. In: Tools and methos of competitive engineering. 9 2010 Ancona, 12-164-2010, vol. 2, p. 1283-1284, DELFT:DElft University, ISBN: 978-90-5155060-3 CHIEPPA L, FIORENTINO M, UVA A.E, MONNO G (2010). Interactive wavelet simplification of 2D sketches for CAD curve styling. In: Tools and Methods 10 2010 ofCompetitiveEngineering. Ancona, 12-164-2010, vol. 2, p. 1277-1278, DELFT:DElft University, ISBN: 978-90-5155-060-3 Attività Didattica A.A. 2011-2012 - Simulazione e Prototipazione Virtuale (CFU 6), Corso di Laurea Specialistica in Ingegneria Meccanica, I Facoltà di Ingegneria del Politecnico di Bari. A.A. 2010-2011 - Simulazione e Prototipazione Virtuale (CFU 6), Corso di Laurea Specialistica in Ingegneria Meccanica, I Facoltà di Ingegneria del Politecnico di Bari. A.A. 2009 2010 - Simulazione e Prototipazione Virtuale (CFU 6), Corso di Laurea Specialistica in Ingegneria Meccanica, I Facoltà di Ingegneria del Politecnico di Bari. - Metodi di Rappresentazione Tecnica (CFU 6), Corso di Laurea in Ingegneria dei Sistemi Industriali ed Elettronici (DM 270/40), II Facoltà di Ingegneria del Politecnico di Bari, sede Taranto. 13 Relazione Triennale, DDR ING Michele Fiorentino RELAZIONE TRIENNALE 9- - Disegno Industriale e CAD(CFU 3), Corso di Laurea Specialistica in Ingegneria Industriale, II Facoltà di Ingegneria del Politecnico di Bari, sede Taranto. - Laboratorio CAD (CFU 3), Corso di Laurea Specialistica in Ingegneria Industriale (ex D.M. 509/99) , II Facoltà di Ingegneria del Politecnico di Bari, sede Taranto. - Metodi di Rappresentazione Tecnica –modulo integrativo (CFU 3), disciplina per il riallineamento al DM 270/40), lauree triennali in Ingegneria Industriale e dell’Informazione, II Facoltà di Ingegneria del Politecnico di Bari, sede Taranto. A.A. 2008 2009 - Simulazione e Prototipazione Virtuale (CFU 6), Corso di Laurea Specialistica in Ingegneria Meccanica, I Facoltà di Ingegneria del Politecnico di Bari. - Disegno e CAD Modulo 1 (CFU 3), Corso di Laurea Triennale in Ingegneria Industriale, II Facoltà di Ingegneria del Politecnico di Bari, sede Taranto. - Disegno Industriale e CAD(CFU 3), Corso di Laurea Specialistica in Ingegneria Industriale, II Facoltà di Ingegneria del Politecnico di Bari, sede Taranto. - Laboratorio CAD (CFU 3), Corso di Laurea Specialistica in Ingegneria Industriale, II Facoltà di Ingegneria del Politecnico di Bari, sede Taranto. -Disegno per l’informazione (CFU 3), Corso di Laurea in Ingegneria dell’Informazione, II Facoltà di Ingegneria del Politecnico di Bari, sede Taranto Supervisione tesisti e dottorandi Ha supervisionato più di 60 tesi di laurea di primo livello e di secondo livello o quinquennali, ha seguito la formazione di numerosi dottorandi come l’Ing. Riccardo Zingaro. Autorizzazione dati personali Autorizzo il trattamento dei dati personali ai sensi del D. lgs. 196/03 Prof. Ing. Michele Fiorentino 14 Relazione Triennale, DDR ING Michele Fiorentino