In the last decade, a new use of drones has emerged through the creation of visual spectacles composed of swarms of light drones. These performative drone systems differ from those used in other applications such as photo-shooting or aerial inspections because they require the simultaneous flight of numerous robots in structured formations. The highly synchronized and coordinated movements require an advanced autonomous control system that is completely different from traditional manual control. The movements and light dynamics are digitally designed with 3D animation programs to result in a visual communication that has many similarities to the content created for our personal displays. This application accelerates the occupation of public airspace and requires highly secure and reliable robotic swarm systems. Work has begun on systematizing this new discipline by analyzing the most significant experiences made. The term Aerial Media Design is proposed as a field of reference, which contains the initiatives that investigate the use of drone swarms for visual purposes, which integrate in the public airspace new phenomena of cultural identity thus creating new relationships between the space of the air, the observer and the physical place. The latter holds an important key to this new discipline; it is not only the container, frame, stage and reference system, but the characteristics of the environment, architecture and context determine, in their absence, the space useful for collaborative robotic interaction that gives shape to a volumetric representation. Visual design in aerial space has many analogies with Motion Graphics, using in particular, three-dimensional animation as a design tool. This new expressive modality solicits the research of its own visual language, of new tools and methods, in order to apply it to cultural, educational and artistic projects; the inexistence of accessible and open platforms would have excluded any experimentation. The challenge of this first research was to innovate the state of the art within the existing technological platforms by developing a new generation luminous drone called LuminousBee: based on open software projects and protocols, equipped with the best technologies and with superior characteristics of miniaturization, lightness, integration and autonomy. The system has been completed with the development of a plugin for a three-dimensional animation software, in order to manage the design of visual contents and the export of trajectories and luminous data. The first architecture developed allowed to experiment the realtime transmission of commands during the application to LuminouBee finding the weaknesses of the current available technology. In a second phase the whole system was integrated with a third party ground control software with an offline mode that solved the problems of the previous implementation. This dedicated software for the final implementation is also based on the same Open Source project as the Luminousbee drones and uses the same communication protocol. The realization of this platform makes available a specific technology for aerial communication with swarms of drones suitable to accommodate future changes and implementations to provide for the integration of external ICT, such as the implementation of new messages and Mavlink commands to interact with complementary systems and support new operating modes and technological tools required by application scenarios to be developed.

Nell’ultimo decennio è emerso un nuovo utilizzo dei droni tramite la realizzazione di spettacoli visivi composti da sciami di droni luminosi. Questi sistemi di droni performativi differiscono da quelli utilizzati in altre applicazioni come le riprese-fotografie o le ispezioni aeree, perché richiedono il volo simultaneo di numerosi robots in formazioni strutturate. I movimenti altamente sincronizzati e coordinati necessitano di un sistema di controllo autonomo avanzato completamente differente rispetto al tradizionale controllo manuale. I movimenti e le dinamiche luminose vengono progettati digitalmente con programmi di animazione 3D per dare luogo ad una comunicazione visiva che ha molte analogie con i contenuti creati per i nostri display personali. Questa applicazione accelera l’occupazione dello spazio aereo pubblico e richiede sistemi robotici a sciame altamente sicuri ed affidabili. Si è iniziato il lavoro di sistematizzazione di questa nuova disciplina analizzando le esperienze più significative realizzate. Si propone il termine di Aerial Media Design come settore di riferimento, che contiene le iniziative che indagano l’uso di sciami di droni per finalità visive, che integrano nello spazio aereo pubblico nuovi fenomeni di identità culturale creando così nuovi rapporti tra lo spazio dell’aria, l’osservatore ed il luogo fisico. Quest’ultimo racchiude una importante chiave di lettura di questa nuova disciplina; esso non è solo il contenitore, cornice, palcoscenico e sistema di riferimento, ma le caratteristiche dell’ambiente, dell’architettura e del contesto determinano, nella loro assenza, lo spazio utile per l’interazione robotica collaborativa che da forma a una rappresentazione volumetrica. Il design visivo nello spazio aereo ha molte analogie con la Motion Graphics, utilizzando in particolare, come strumento progettuale, l’animazione tridimensionale. Questa nuova modalità espressiva sollecita la ricerca di un proprio linguaggio visivo, di nuovi strumenti e metodi, per poterla applicare a progettazioni culturali, educative ed artistiche; l’inesistenza di piattaforme accessibili ed aperte avrebbe escluso qualsiasi sperimentazione . La sfida di questa prima ricerca è stata innovare lo stato dell’arte nell’ambito delle piattaforme tecnologiche esistenti sviluppando un drone luminoso di nuova generazione chiamato LuminousBee: basato su progetti software e protocolli aperti, dotato delle migliori tecnologie e con caratteristiche superiori di miniaturizzazione, leggerezza, integrazione e autonomia. Il sistema è stato completato con lo sviluppo di un plugin per un software di animazione tridimensionale, affinché sia possibile gestire la progettazione dei contenuti visivi e l’esportazione delle traiettorie e dei dati luminosi. La prima architettura sviluppata ha permesso di sperimentare la trasmissione realtime dei comandi durante l’applicazione alle LuminouBee trovando i punti deboli dell’attuale tecnologia disponibile. In una seconda fase l’intero sistema è stato integrato con un software di controllo a terra di terze parti con una modalità offline che ha risolto i problemi dell’implementazione precedente. Questo software dedicato per l’esecuzione finale è basato anch’esso sullo stesso progetto Open Source dei droni Luminousbee ed utilizza il medesimo protocollo di comunicazione. Con la realizzazione di questa piattaforma si rende disponibile una tecnologia specifica per comunicazione aerea con sciami di droni adatta ad accogliere future modifiche e implementazioni per prevedere l’integrazione di ICT esterne, quali l’implementazione di nuovi messaggi e comandi Mavlink per interagire con sistemi complementari e supportare nuove modalità operative e strumenti tecnologici richiesti da scenari applicativi da sviluppare.

Aerial Media

RINOLFI, GIORGIO
2021

Abstract

Nell’ultimo decennio è emerso un nuovo utilizzo dei droni tramite la realizzazione di spettacoli visivi composti da sciami di droni luminosi. Questi sistemi di droni performativi differiscono da quelli utilizzati in altre applicazioni come le riprese-fotografie o le ispezioni aeree, perché richiedono il volo simultaneo di numerosi robots in formazioni strutturate. I movimenti altamente sincronizzati e coordinati necessitano di un sistema di controllo autonomo avanzato completamente differente rispetto al tradizionale controllo manuale. I movimenti e le dinamiche luminose vengono progettati digitalmente con programmi di animazione 3D per dare luogo ad una comunicazione visiva che ha molte analogie con i contenuti creati per i nostri display personali. Questa applicazione accelera l’occupazione dello spazio aereo pubblico e richiede sistemi robotici a sciame altamente sicuri ed affidabili. Si è iniziato il lavoro di sistematizzazione di questa nuova disciplina analizzando le esperienze più significative realizzate. Si propone il termine di Aerial Media Design come settore di riferimento, che contiene le iniziative che indagano l’uso di sciami di droni per finalità visive, che integrano nello spazio aereo pubblico nuovi fenomeni di identità culturale creando così nuovi rapporti tra lo spazio dell’aria, l’osservatore ed il luogo fisico. Quest’ultimo racchiude una importante chiave di lettura di questa nuova disciplina; esso non è solo il contenitore, cornice, palcoscenico e sistema di riferimento, ma le caratteristiche dell’ambiente, dell’architettura e del contesto determinano, nella loro assenza, lo spazio utile per l’interazione robotica collaborativa che da forma a una rappresentazione volumetrica. Il design visivo nello spazio aereo ha molte analogie con la Motion Graphics, utilizzando in particolare, come strumento progettuale, l’animazione tridimensionale. Questa nuova modalità espressiva sollecita la ricerca di un proprio linguaggio visivo, di nuovi strumenti e metodi, per poterla applicare a progettazioni culturali, educative ed artistiche; l’inesistenza di piattaforme accessibili ed aperte avrebbe escluso qualsiasi sperimentazione . La sfida di questa prima ricerca è stata innovare lo stato dell’arte nell’ambito delle piattaforme tecnologiche esistenti sviluppando un drone luminoso di nuova generazione chiamato LuminousBee: basato su progetti software e protocolli aperti, dotato delle migliori tecnologie e con caratteristiche superiori di miniaturizzazione, leggerezza, integrazione e autonomia. Il sistema è stato completato con lo sviluppo di un plugin per un software di animazione tridimensionale, affinché sia possibile gestire la progettazione dei contenuti visivi e l’esportazione delle traiettorie e dei dati luminosi. La prima architettura sviluppata ha permesso di sperimentare la trasmissione realtime dei comandi durante l’applicazione alle LuminouBee trovando i punti deboli dell’attuale tecnologia disponibile. In una seconda fase l’intero sistema è stato integrato con un software di controllo a terra di terze parti con una modalità offline che ha risolto i problemi dell’implementazione precedente. Questo software dedicato per l’esecuzione finale è basato anch’esso sullo stesso progetto Open Source dei droni Luminousbee ed utilizza il medesimo protocollo di comunicazione. Con la realizzazione di questa piattaforma si rende disponibile una tecnologia specifica per comunicazione aerea con sciami di droni adatta ad accogliere future modifiche e implementazioni per prevedere l’integrazione di ICT esterne, quali l’implementazione di nuovi messaggi e comandi Mavlink per interagire con sistemi complementari e supportare nuove modalità operative e strumenti tecnologici richiesti da scenari applicativi da sviluppare.
In the last decade, a new use of drones has emerged through the creation of visual spectacles composed of swarms of light drones. These performative drone systems differ from those used in other applications such as photo-shooting or aerial inspections because they require the simultaneous flight of numerous robots in structured formations. The highly synchronized and coordinated movements require an advanced autonomous control system that is completely different from traditional manual control. The movements and light dynamics are digitally designed with 3D animation programs to result in a visual communication that has many similarities to the content created for our personal displays. This application accelerates the occupation of public airspace and requires highly secure and reliable robotic swarm systems. Work has begun on systematizing this new discipline by analyzing the most significant experiences made. The term Aerial Media Design is proposed as a field of reference, which contains the initiatives that investigate the use of drone swarms for visual purposes, which integrate in the public airspace new phenomena of cultural identity thus creating new relationships between the space of the air, the observer and the physical place. The latter holds an important key to this new discipline; it is not only the container, frame, stage and reference system, but the characteristics of the environment, architecture and context determine, in their absence, the space useful for collaborative robotic interaction that gives shape to a volumetric representation. Visual design in aerial space has many analogies with Motion Graphics, using in particular, three-dimensional animation as a design tool. This new expressive modality solicits the research of its own visual language, of new tools and methods, in order to apply it to cultural, educational and artistic projects; the inexistence of accessible and open platforms would have excluded any experimentation. The challenge of this first research was to innovate the state of the art within the existing technological platforms by developing a new generation luminous drone called LuminousBee: based on open software projects and protocols, equipped with the best technologies and with superior characteristics of miniaturization, lightness, integration and autonomy. The system has been completed with the development of a plugin for a three-dimensional animation software, in order to manage the design of visual contents and the export of trajectories and luminous data. The first architecture developed allowed to experiment the realtime transmission of commands during the application to LuminouBee finding the weaknesses of the current available technology. In a second phase the whole system was integrated with a third party ground control software with an offline mode that solved the problems of the previous implementation. This dedicated software for the final implementation is also based on the same Open Source project as the Luminousbee drones and uses the same communication protocol. The realization of this platform makes available a specific technology for aerial communication with swarms of drones suitable to accommodate future changes and implementations to provide for the integration of external ICT, such as the implementation of new messages and Mavlink commands to interact with complementary systems and support new operating modes and technological tools required by application scenarios to be developed.
swarm robotic; drone show;
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Descrizione: Tesi definitiva
Tipologia: Tesi di dottorato
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Utilizza questo identificativo per citare o creare un link a questo documento: https://hdl.handle.net/11567/1063548
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