capitolo II: Che cos'è la WiiLD
Introduzione
La WiiLD (acronimo di Wiimote Lavagna Digitale) è uno strumento tecnologico a basso costo ma dalle potenzialità molto elevate. Lo strumento nasce dalle idee di Johnny Chung Lee che nel 2007 dimostrò come fosse possibile emulare una Lavagna Interattiva Multimediale (LIM) usando un Wiimote, il controller della Wii, il famoso sistema di videogioco Nintendo.
Gli ingredienti fondamentali del sistema sono:
un computer (PC) capace di attivare una connessione Bluetooth
un proiettore
uno WiiMote
una penna ad infrarossi
una superficie di proiezione
software opportuno.
Si possono utilizzare anche una sensor bar ed un secondo WiiMote da usare come dispositivo di puntamento.
Funzionamento
Il funzionamento della Wiild è molto semplice:
lo schermo del computer viene proiettato su una superficie piana. La penna, posizionata in prossimità di tale superficie, emette una luce infrarossa, impercettibile all’occhio umano ma rilevabile da un sensore del Wiimote. Quest’ultimo trasmette il rilevamento al computer via connessione bluetooth. Un software attivo sul computer riceve l’informazione e la interpreta, ad esempio posizionando il cursore (il cui controllo è solitamente delegato al mouse) nella posizione rilevata. Una fase preliminare di calibrazione permette di mappare lo spazio fisico di proiezione sulla posizione logica del desktop (la porzione visibile dello schermo del computer). In questo modo è possibile interagire con il computer muovendo, anziché il mouse, la penna ottica sullo spazio di proiezione, ottenendo quindi l’effetto di una LIM. Le LIM commerciali infatti sono essenzialmente dei dispositivi sensibili che effettuano la stessa operazione di mapping tra una posizione rilevata sulla lavagna stessa e lo spazio virtuale del desktop di un computer. Le tecnologie usate dalle lavagne commerciali tuttavia sono in genere differenti, e si basano su modelli diversi: il congegno di puntamento può essere un dispositivo ad hoc (come una penna speciale) oppure semplicemente il tocco tramite un dito. In quest’ultimo caso, come avviene per il prodotto della Smartboard, essere dotata di sistemi ausiliari di riconoscimento del dispositivo passivo utilizzato ed un opportuno software. può associare funzionalità differenti a vari strumenti (ad esempio imitando penne di diverso colore, cancellini ecc.). Il software di accompagnamento del dispositivo gioca un ruolo fondamentale perchè offre l’ottenimento della posizione e la relativa mappatura, ma può spaziare fornendo supporto addizionale che va dalla annotazione del desktop al supporto di specifiche attività di preparazione ed archiviazione delle lezioni, e al sostegno di specifiche modalità didattiche.
FIGURA 2- Schema logico di funzionamento di una LIM basata su Wiimote
immagine tratta da http://usp.scuole.bo.it/marconi/wiidea/images/funzionam.png
L'installazione
Ci possono essere due differenti tipi di installazione:
-mobile (adatta qualora si voglia disporre di uno strumento flessibile ed adattabile a mutevoli situazioni)
-fissa
Foto 3-Postazione mobile Foto 4-Postazione fissa
Il videoproiettore a soffitto con sopra il wiimote,
è la soluzione migliore. Naturalmente il videoproiettore deve essere collocato non troppo in alto, altrimenti risulta molto difficile la calibrazione della Wiild.
La superficie di proiezione
Lo studio di una superficie adatta all'uso WiiLD ha portato alla valutazione di varie soluzioni tutte efficienti e ognuna con pregi e difetti. La scelta della soluzione dipende in prima considerazione dal tipo di installazione che si vuole fare.
Se si pensa di costruire una WiiLD fissa allora è più consono indirizzarsi verso l'uso di superfici più durature e “pesanti” e quindi anche più costose. Viceversa, se l'uso della WiiLD è mobile e si predilige la possibilità di spostamento, allora è meglio scegliere superfici e soluzioni leggere, più economiche ma di certo meno durevoli nel tempo.
Va considerato che la versatilità della superficie di proiezione scelta può diventare un considerevole vantaggio rispetto alla soluzione offerta da una LIM tradizionale. Infatti difficilmente i docenti rinunceranno alla presenza di una lavagna tradizionale, se non altro a causa della immediatezza di uso della stessa: non occorre attendere che il computer si avvii, che il proiettore si scaldi, ecc.: quando serve un gessetto o un pennarello sono pronti all’uso immediato.
Di conseguenza nelle aule dotate di LIM (basate su tecnologia non ottica) si tende ad affiancare i due dispositivi (LIM e lavagna tradizionale) ponendoli in posizione decentrata, e quindi non ottimale.
Spesso problemi di spazio possono però rendere impossibile la collocazione di entrambi i dispositivi. La Wiild invece, come peraltro i nuovi proiettori interattivi e le LIM ottiche, possono sfruttare una superficie qualunque (fatte salve certe caratteristiche di colore e di riflettività).
Di conseguenza un'unica lavagna in posizione centrale può servire come lavagna a pennarelli e come supporto di proiezione. Diventa anzi possibile usare contemporaneamente la proiezione e la interattività con il computer e il pennarello normale ,anche se ovviamente così facendo si perde la proprietà, a volte desiderabile, di poter fare una copia digitale dell’intero contenuto della lavagna
Cartoncino bianco
La soluzione più immediata e di emergenza è quella di utilizzare come superficie di proiezione un semplice cartoncino bianco, attaccato alla lavagna tradizionale nera di Ardesia. L'accorgimento è quello di calibrare perfettamente il videoproiettore in modo tale che la superficie riprodotta possa entrare completamente nello spazio bianco.
Foto 5- Proiezione su cartoncino
Lavagna bianca “Whiteboard”
Se una classe è già provvista di una lavagna bianca scrivibile con pennarelli a secco, la stessa può essere utilizzata come superficie di proiezione. Le proprietà di riflettività ed il colore bianco le rendono adeguate anche come superficie di proiezione, e anche per l’uso della penna ottica. Inoltre la superficie dura permette un tratto deciso e sicuro della penna ad infrarossi.
Foto 6- Proiezione su Whiteboard
Soluzioni alternative
Altre soluzioni studiate sono:
- il Polionda® (un marchio registrato di proprietà di FI.MIR. Spa., http://www.polionda.it/).
E' una leggera lastra di polipropilene prevalentemente usata per imballaggi, cartellonistica da cantiere e low cost. ISi può trovare in molti negozi di hobbistica e fai da te. La leggerezza la rende facilmente trasportabile.
- Rotoli Velleda
I Velleda Roll sono fogli di lavagna adesivi di alta qualità, da ritagliare e posizionare su qualsiasi supporto pulito, piatto e solido (pareti, pannelli...). Hanno dimensione di 67cm x 100 cm, e sono cancellabili e scrivibili con marcatori a secco. Possono essere usati ad esempio per riciclare vecchie lavagne rovinate, incollati a parete o su un supporto amovibile (ad esempio un pannello da posizionare, all’occorrenza, sopra una tradizionale lavagna di ardesia).
La penna ad infrarossi
Il funzionamento della WiiLd dipende da come la camera all'interno del wiimote riesce a osservare la luce infrarossa di un led della penna che si utilizza. Per rendere più efficiente la visione del wiimote sono stati studiati vari led in commercio. Tra tutti quelli valutati, i migliori sono quelli che hanno un picco di emissione ad una lunghezza d'onda di circa 950 nm.
Tra i vari led commercializzati che emettono intorno ai 950 nm dobbiamo prendere in considerazione quelli che emettono in maniera direzionale e non isotropa, in quanto il wiimote non rivelerà tanto la luce diretta, ma piuttosto la luce riflessa dalla superficie di proiezione.
Alcuni produttori di penne sono i seguenti:
• in ITALIA: www.proteons.com (di Claudio Capitanio)
• in Gran Bretagna: www.irpens.co.uk
• negli USA: www.wiiteachers.com e http://penteractive.us
Foto 7-Penne ad infrafrossi
Le penne solitamente usate hanno una modalità di default spenta, che viene attivata solamente in presenza di un evento come la pressione di un pulsante sul fianco della penna, o alternativamente la pressione della penna sulla lavagna. L'esperienza ha mostrato come in qualche caso, nelle scuole primarie, la presenza di un bottone da premere per attivare la penna fosse di difficile attuazione per alcuni bambini, mentre l’attivazione tramite pressione sulla lavagna risultasse più naturale.
Il modello “The Groove”[1] offre una impugnatura ergonomica ed una doppia modalità di attivazione: a pressione oppure tramite un bottone comodamente posizionato.
Foto 8- Modello The Groove
Un punto importante da tenere presente è che la penna deve avere più modalità: acceso/spento e dovendo sostituire il mouse dovrebbe avere la possibilità di segnalare il click (possibilmente anche di bottone destro, sinistro e per Linux preferibilmente anche centrale). Basandosi su questo assunto, un prototipo è stato realizzato dall’officina elettronica presso la Facoltà di Scienze dell’Università di Trento. E’ caratterizzato dall’avere bottoni che comunicano con il computer via Bluetooth, riutilizzando componenti di un mouse wireless.
Foto 9- Prototipo della penna realizzato presso l’università di Trento: WiiLDpenna
La definizione delle specifiche della penna ideale ed il prototipo realizzato hanno permesso di avviare una iniziativa che coinvolge due istituti sul territorio: l’Istituto Tecnico industriale G. Marconi ed il Liceo Artistico Vittoria di Trento. Il primo coinvolgerà degli studenti nella progettazione della elettronica di una penna rispondente ai requisiti previsti mentre studenti del secondo si occuperanno del design di tale strumento.
Accanto a questa penna, ancora da ingegnerizzare, sono ora sul mercato delle penne per interagire con la nuova classe di proiettori interattivi. Alcune importanti case produttrici di videoproiettori: Dell, Epson, Infocus, ecc, hanno iniziato a inglobare, nei proiettori di fascia alta, camere infrarossi, un sistema di tracking e un driver di connessione per i pc. Questi proiettori sono tutti dotati di penne IR che consentono di interagire con il proiettore in modo equivalente alla WiiLD. Queste penne potrebbero, in prospettiva, diventare un'ottima soluzione alternativa alla ingegnerizzazione e realizzazione della WiiLDpenna, anche se le prime review di questi nuovissimi prodotti non sembrano entusiasmanti.
Il WiiMote
L’ingegnerizzazione per l’installazione dello WiiMote è quella che richiede maggiore attenzione.
Una prima considerazione riguarda il posizionamento del dispositivo.
La localizzazione del WiiMote in una installazione fissa richiede alcune altre considerazioni. In linea di principio il WiiMote può essere posizionato ovunque (purchè entro una distanza massima di 5 metri dalla sorgente di infrarosso (la penna), e quindi entro i 5 metri dallo schermo.
Foto 10- Wiimote della Nintendo
Il“problema dell’ombra”non è da sottovalutare: affinché il WiiMote rilevi la posizione della penna, è necessario che la “veda”, ovvero che sulla linea ideale che connette il sensore IR del WiiMote e la sorgente di luce IR (la penna) non si frappongano ostacoli. L’ostacolo primario è tipicamente il corpo della persona che usa la penna alla lavagna, soprattutto se è mancina. Occorre quindi che la persona sia cosciente della problematica e si posizioni in modo adeguato. Per rendere naturale questo comportamento, l’ideale è che il WiiMote sia posizionato il più vicino possibile all’obiettivo del proiettore: in questo modo la linea di vista del WiiMote coincide (quasi) con la linea di proiezione. In tutte le LIM, basate su qualunque tecnologia, fatta eccezione per quelle a retroproiezione, esiste il “problema dell’ombra” legato alla proiezione: il corpo del docente oscura sempre una porzione della lavagna. E’ quindi naturale spostarsi in modo che la propria ombra non oscuri il punto di interesse, ovvero la parte dello schermo su cui si vuole “cliccare”. Un modo alternativo di risolvere il problema dell’ombra è quello di usare due WiiMote, posizionandoli ai lati del proiettore così da configurare un triangolo approssimativamente equilatero i cui vertici siano i due WiiMote ed il centro dello schermo.
Una seconda importante considerazione riguarda l’alimentazione del dispositivo.
Il WiiMote è progettato come dispositivo ergonomico mobile: nella modalità originale (videogioco) va tenuto in mano. Ne consegue che per dare la massima libertà di movimento non deve avere cavi, e la necessaria alimentazione elettrica è fornita da batterie (sostituibili con batterie ricaricabili, cosicché nella fase di “riposo” esse possano riacquisire energia da un apposito supporto, e l’utente sia liberato dalla necessità di preoccuparsi della sostituzione delle pile).
Nell’uso del WiiMote come elemento di una installazione fissa il dispositivo si trova in posizione fissa e vincolata, e l’alimentazione elettrica diventa problematica perchè la sostituzione delle pile non è agevole e nemmeno le batterie ricaricabili possono risolvere la situazione.
Una soluzione è disponibile sul mercato: un alimentatore USB.
Il dispositivo PWR02 fornito dall’azienda Proteons di Bologna [2]è composto da un adattatore di rete, un cover dotato di batterie ricaricabili ed un cavo di connessione con attacco USB. Questo sistema consente di mantenere il telecomando sempre alimentato e carico.
Foto 11- Alimentatore del Wiimote
L'alimentazione USB può essere ottenuta da una delle porte del computer. Il kit PWR02 è anche comprensivo di alimentatore USB da corrente di rete. Dato che il WiiMote va posizionato in prossimità del proiettore, che già necessita di rete elettrica, questo minimizza i cablaggi necessari.
L’alloggiamento in posizione fissa in luogo non facilmente raggiungibile (es. a soffitto) introduce un’altra problematica. In fase di accoppiamento Bluetooth (la procedura che permette a due dispositivi Bluetooth che devono reciprocamente prendere atto della presenza dell’altro e iniziare lo scambio di dati) è necessario premere un pulsante sul WiiMote. Tale procedura va ripetuta ogni volta che il computer viene acceso, ed ovviamente introduce una non banale complicazione logistica.
Nel montaggio fisso del WiiMote occorre quindi che sia previsto un opportuno modo di tenere tale bottone sotto pressione costante.
Proteons fornisce anche un dispositivo realizzato in plexiglass che si inserisce nelle due scanalature laterali del WiiMote. L'elasticità del materiale consente un aggancio solido e stabile. Può essere montato su un treppiede. Il supporto è inoltre dotato di un puntatore laser tarato per una distanza di 3 metri, e consente un agevole puntamento del WiiMote all'interno del suo raggio di azione (max 5 metri). La presenza del laser (il cui fascio va centrato circa al centro dello schermo, permette un rapido allineamento del WiiMote (utilissimo per installazioni mobili, ma interessante anche nella predisposizione di una installazione fissa).
Foto 12- Supporto per Wiimote
Il proiettore
E’ ovviamente necessario avere un videoproiettore, meglio se di risoluzione di almeno 1024x768. E' la superficie proiettata a determinare le dimensioni della lavagna, non ci sono limiti fisici e pertanto la forma allungata risponde di più alle esigenze dei docenti. Nel caso dell’installazione fissa, il proiettore dovrebbe essere fissato al soffitto con una staffa, e i cavi di connessione al computer ed alla alimentazione elettrica devono essere opportunamente predisposti.
Il computer
E’ necessario un PC dotato di scheda Bluetooth, e preferibilmente della risoluzione dello schermo più elevata possibile, compatibilmente con le caratteristiche del proiettore. E’ raccomandato almeno di 1024x768 pixels. Tutti i sistemi maggiori sistemi operativi sono adatti per il funzionamento della WiiLD ma non tutti gli applicativi sono disponibili su tutte le piattaforme.
Se l'hardware del PC non ne è dotato, occorre un'antenna Bluetooth, che può essere acquistata separatamente come dongle USB
Foto 13- Dongle Usb
Il software
Il software gioca un ruolo chiave nell’uso della WiiLD come per qualunque altro tipo di LIM.
E' necessario distinguere tra software abilitante, che rende possibile le operazioni di base (accoppiamento, tracciamento del cursore), quelle ausiliarie (es. inchiostro digitale) e quelle più mirate al supporto della didattica.
Software abilitante
Il software abilitante comprende i driver Bluetooth e quelli più specifici per il WiiMote, ovvero quelli che, una volta effettuato l’accoppiamento tra i dispositivi, permettono di effettuare la calibrazione, e di mappare la posizione della penna sullo schermo del computer. Esistono molte implementazioni, il cui codice sorgente in alcuni casi è aperto ed in altri inaccessibile.
Tra le implementazioni per Linux ricordiamo:
- Python-whiteboard http://github.com/pnegre/python-whiteboard è la continuazione del progetto whiteboard. Ad oggi risulta essere il software più stabile sul sistema linux e quindi è anche quello che viene consigliato.
- GTKWhiteboard installabile da Synaptic, oppure sudo apt-get install gtkwhiteboard, funzionante, calibrazione veloce, ha zone a fianco della proiezione che permettono il click destro.
Nel mondo Windows occorre distinguere tra diverse versioni del sistema operativo a 32 bit e 64 bit.
Mentre esistono vari driver e tool di connessione e calibrazione per windows a 32 bit, sia open source sia sharware sia a pagamento, non esistono molti driver di connessione per sistemi windows a 64 bit.
Per ora i driver più affidabili sono i seguenti:
- WiimoteSmoothboard: sistema a pagamento dalla versione 1.0. Ora è alla versione 2.0 e funziona anche su Windows 7 64bit. La versione 0.4.6 è stabile e utilizzabile su sistemi a 32 bit.
- LD: è il software, scaricabile dal sito http://www.proteons.com che rappresenta una suite completa di strumenti. Consente la connessione automatica, la calibrazione del Wiimote (o dei Wiimote). E' rilasciato in licenza libera. Per ora risulta la scelta ottimale sui sistemi win a 32 bit.
Sebbene la qualità generale del software abilitante in generale sia buona, sarebbe desiderabile fornire implementazioni del software abilitante più stabili per poter rendere, ad esempio, l’accoppiamento Bluetooth più rapido ed efficace e poter snellire e velocizzare le operazioni.
Software ausiliario e software didattico di supporto
Una volta che il sistema sia dotato del software abilitante, quello che fornisca funzionalità di supporto per la didattica non è legato a specifiche piattaforme hardware; possono esservi invece problemi di licenza.
Ad esempio, nulla impedirebbe di usare il software Notebook di SmartTechnologies con le WiiLD, non fosse per questioni di licenza associata allo specifico uso di hardware Smart. Diversa la situazione di altri venditori di LIM e relativo software: Interwrite, per esempio rende disponibile gratuitamente una versione base del suo software “Workspace”.
Ardesia
Ardesia, il software open a cui Wii4Dida ha collaborato e sviluppato dall'ing. Pietro Pilolli della Fondazione Bruno Kessler di Trento, permette di annotare sullo schermo. Distribuito con licenza GPL, offre funzionalità di inchiostro digitale oltre a funzioni tipo ad esempio “hide and reveal”. Funziona su Linux ma necessita del completamento del porting in ambiente Windows
Permette di selezionare il colore da una tavolozza per disegnare sopra allo schermo. E 'possibile selezionare lo spessore della linea, disegnare delle frecce per attirare l’attenzione sugli elementi della scrivania di cui si sta parlando. Si può usare il cancellino e pulire lo schermo o semplicemente nascondere le annotazioni per poi eventualmente ripresentarle. E' possibile inoltre salvare il lavoro effettuato come immagine, pdf o creare una registrazione di tutto ciò che si è fatto.
L'aspetto più interessante è determinato dalla possibilità di tenere la barra degli strumenti di Ardesia aperta sulla destra dello schermo e contemporaneamente utilizzare qualsiasi software, scegliendo la modalità mouse o inchiostro digitale.
Florence-ramble, invece, è una tastiera virtuale che funziona con rapidi gesti della mano ed è un altro esempio di un software ausiliario.
Foto 14- Tastiera virtuale Florence Ramble
Foto 15- Schermata di Ardesia
Come si è detto, La WiiLD funziona grazie alla camera a infrarossi del wiimote. Utilizzando una sequenza di più led a infrarossi posti su una Sensor Bar, il WiiMote può abilitare delle triangolazioni geometriche che permettano di rilevarne posizione e orientamento nello spazio (un po’ come avviene con un sistema GPS). Il WiiMote, tenuto in mano del docente, può divenire un dispositivo di puntamento: un opportuno software può associare agli spostamenti del WiiMote la posizione del mouse, e quindi chi ha in mano il dispositivo può interagire con il computer puntando il dispositivo stesso verso lo schermo.
I vari bottoni presenti sul WiiMote (ben 11) possono poi essere associati a specifiche azioni (come click del mouse, avviamento applicazioni eccetera).