COS'E' LA VISUALIZZAZIONE SCIENTIFICA: UN DIALOGO
1 - Potrebbe dirci cos'e' la visualizzazione scientifica?
Il modo piu semplice di definirla e' quello di dire che i dati raccolti
in un esperimento sia reale che simulato, vengono trasformati in immagini
in modo da poter essere analizzati dal piu' potente computer ora esistente
al mondo:il nostro cervello.
Una definizione piu' generale dove si includono oltre alla vista anche
gli altri sensi, potrebbe essere questa: scopo della visualizzazione
scientifica e' di trasformare i dati in mondi o realta' virtuali che noi
possiamo esplorare direttamente coi nostri sensi magari muniti di appositi
gadgets.
Ma in definitiva la visualizzazione scientifica e non, cerca di ovviare
a una evidente mancanza dell'evoluzione dandoci la possibilita' di rendere
visibili e trasmettere agli altri le immagini nel nostro cervello.
2 - Che c'entra la visualizzazione con l'evoluzione del cervello?
Il fatto e' che l'evoluzione ci ha fornito di una macchina meravigliosa
che supera ogni calcolatore esistente, in compiti riguardanti il
sistema visuale-motorio, come guidare una macchina oppure solo individuare
una preda e inseguirla. Ve lo immaginate un calcolatore guidare una
macchina? Sbatterebbe contro il primo ostacolo. Ognuno di noi ma anche
ogni mammifero e' superiore in questi compiti a un Cray. Il fatto e'
che la natura ha avuto milioni di anni per creare un hardware perfetto
in questi compiti.
3 - Vuoi dire che i calcolatori che pure riescono a masticare numeri in
maniere per noi impensabili superandoci in compiti dove questo
e' essenziale, quando si tratta di immagini la situazione si rovescia,
e siamo noi a superarli di gran lunga?
Esattamente! Il fatto e' che i numeri a differenza della immagini,
sono entrati solo da 6000 anni nella nostra cultura e l'evoluzione
non ha potuto fornire un hardware adeguato. In effetti il modo di
pensare originale fornitoci dall'evoluzione e condiviso dagli animali
piu' prossimi e' quello visuale. Purtroppo come dicevo all'inizio
la natura non ci ha fornito di un mezzo per comunicare queste
immagini nel cervello agli altri membri della nostra specie.
4 - Ma allora a cosa servono le arti visive? E quelle drammatiche? E
quelle letterarie? Il linguaggio, la parola non comunicano immagini?
Si e' vero: ma si e' trattato di ripieghi. Utilissimi certo, ma
sempre un modo imperfetto di comunicare i film che si svolgono in
continuazione nel nostro cervello. Certo la parola ci ha permesso
di acquistare la coscienza e di condividere esperienze con persone
vissute migliaia di anni fa ma la cosa e' sempre un po' arbitraria
ed e' sempre difficile comunicare i nostri film. Immaginate come
sarebbe stata diversa l'evoluzione se avessimo avuto una specie
di tubo catodico, dove noi stessi e gli altri potessero guardare
le immagini nel nostro cervello. Ad esempio una persona ci chiede
dov'e' la stazione e noi invece di cercare di descrivergli cio'
che vediamo nell'occhio della mente, possiamo guidarlo con le nostre
immagini.
5 - Cosa c'entra tutto questo con la visualizzazione scientifica?
Sto cercando di far capire che la visualizzazione e' piu' di una
semplice trasformazione di numeri in immagini:e' un nuovo o se
preferite vecchissimo modo di calcolare e sopratutto un nuovo
modo di comunicare le nostre conoscenze. Le future riviste
scientifiche saranno forse su CD-ROM e ogni articolo sara' interattivo
ed oltre a trasmetterci la conoscenza finale ci trasmettera'
l'esperienza diretta del ricercatore per acquisire quella conoscenza.
6 - All'inizio avete parlato di realta' virtuale e gadgets. Questa e'
una cosa di moda adesso. Puoi essere piu' preciso sul suo uso
nell'analisi di dati.
Ecco come la cosa potrebbe funzionare: prendete un simulatore di volo.
Il computer trasforma dei numeri in immagini,suoni e movimenti che
il pilota sente e nello stesso tempo trasforma i gesti del pilota in
numeri. Questi gesti servono a modificare cio' che il pilota sente
in seguito. Cio' che e' essenziale e' questo dialogo continuo.
I videogiochi lavorano sullo stesso principio solo che i numeri sono
trasformati in realta' virtuali diverse a seconda del videogioco.
Tutto cio' che dobbiamo fare e' trasformare i nostri dati in una
specie di scenari di palcoscenico di teatro dove possiamo
entrare e muoverci per esplorare cio' che ci circonda.
7 - Ma fino a che punto e' possibile esplorare questi mondi virtuali?
A quanto sembra l'unica limitazione e' nell'hardware disponibile.
Dobbiamo avere un hardware abbastanza potente e dei dispositivi adatti
per simulare la realta'. Ma gia' con un casco con stereovisore, una cuffia
stereo e un guanto che sente i movimenti della mano, possiamo avere
un'impressione di completa immersione in un ambiente immaginario e
fare ad esempio passeggiate in un edificio prima ancora di
farlo costruire o assemblare la nostra cucina ideale prima di comprarla.
8 - Prima hai parlato di questi mondi immaginari come scenari di teatro
da esplorare o in generale edifici vuoti. Mi chiedo se e' possibile
incontrare altri attori in questo spazio immaginario.
Certo, anzi questi attori hanno un nome ben preciso per distinguerli
dagli oggetti virtuali inanimati, si chiamano agenti ,perche' possono
prendere l'iniziativa e iniziare un'azione o un dialogo. Essi possono
corrispondere sia a programmi di computer che hanno una certa conoscenza
del mondo virtuale o dei dati che ci stanno dietro, oppure sono icone
che rappresentano altri umani magari lontanissimi che esplorano lo
stesso mondo virtuale. Agli agenti/programma di solito ci si rivolge
per chiedere aiuto. Immaginate una biblioteca virtuale:essi sarebbero
l'equivalente del bibliotecario. Si puo' esplorare la biblioteca da soli
sfogliando libri, oppure chiedere al bibliotecario elettronico che con
la sua sovrumana memoria potra' subito indicarci un libro dato.
9 - E gli agenti umani?
Qui entriamo nel fantascientifico ma non troppo. Ad esempio potete fare
delle riunioni coi vostri colleghi ricercatori sparsi per il mondo e
ognuno puo' mostrare i risultati della propria ricerca e discuterne
con gli altri. Qui non siete limitati alla parola o all'immagine di
una telecamera, ma potrete stringervi la mano, mostrare le vostre
simulazioni, insomma condividere la vostra conoscenza in maniera
completa.Potete correre con la fantasia a innumerevoli applicazioni.
In definitiva, quella mancanza dell'evoluzione non esiste piu':ora
abbiamo davvero un tubo catodico dove mostrare in maniera immediata,
le immagini che ci passano nella mente.
10 - Quando sara' possibile tutto questo?
Come al solito, i videogiochi apriranno la strada. Gia' cominciano
ad apparirne alcuni oltreoceano. Scherzando si dice che il numero
di poligoni per secondo che rappresenta la realta' e' 80000 e che
quando i calcolatori avranno superato questa soglia, queste
applicazioni invaderanno il mercato. In effetti esistono dei problemi
enormi e la cosa sara' graduale:per ora noi comuni mortali dovremo
rassegnarci a generare singole immagini o limitate animazioni.
In effetti solo in questi ultimi anni l'hardware adatto per
applicazioni grafiche e' arrivato a costi abbordabili da tutti.
Ma la grafica richiede tutta la potenza disponibile e per parecchio
tempo questa non sara' sufficiente.
11 - Come mai si e' cominciato a parlare di visualizzazione solo in questi
ultimi anni.
Un cinico potrebbe dire che si tratta di una mossa pubblicitaria dei
costruttori per rifilarvi dei computer sempre piu' potenti e costosi.
Oppure che e' un nuovo modo di chiamare la computer graphics, per
ottenere finanziamenti per i ricercatori. La verita' e' che solo
ora abbiamo macchine abbastanza potenti, e nello stesso tempo i dati
presi sia con rivelatori che con simulazioni, aumentano in maniera
esponenziale, tanto che in parecchi casi non possiamo fare altro
che archiviarli. La visualizzazione puo' essere un modo per riuscire
a padroneggiare questa aumentata mole di dati.
12 - Si e' parlato della visualizzazione come di una seconda rivoluzione
nell'uso del computer. Perche?
La visualizzazione porta a un nuovo modo di risolvere i problemi
col computer. Si tratta del calcolo detto visuale per contrapporlo
al calcolo logico. Guardate questa schematizzazione del cervello
umano: noi possiamo risolvere dei problemi con la parte destra del
cervello usando la parola, i numeri, la logica. O con la parte sinistra
usando il sistema visuale. Prima della visualizzazione il 50% del
cervello rimaneva inutilizzato, ora invece possiamo utilizzarlo e
l'intuito ottenuto puo' essere utilizzato per migliorare la conoscenza
logica e quindi ottenere anche delle migliori soluzioni logiche. Questo
e' importante perche' solo queste soluzioni logiche sono trasformabili in
programmi di computer e possono essere automatizzate. Per esempio,un
matematico guardando delle immagini prodotte con calcoli, puo' intuire un
teorema e in seguito puo' dimostrare lo stesso in maniera formale .
Insomma il computer da solo e' una macchina notevole ma quando con la
visualizzazione comincia a lavorare in stretto contatto col cervello
allora cio' che si puo' ottenere e' limitato solo dalla nostra
immaginazione.
13 - Quale sara' l'impatto della visualizzazione sulla ricerca scientifica?
Il calcolatore e' ormai usato in maniera capillare nella ricerca. Pero'
il suo uso ha portato anche a una terza via alla scoperta scientifica:
oltre alla teoria e agli esperimenti ora abbiamo anche la scienza
computazionale come valido ausilio nella ricerca. Questa consiste nel
fare esperimenti simulando la natura col computer. I suoi effetti si
stanno vedendo in tutte le scienze:per esempio il caos deterministico e'
stato scoperto con la scienza computazionale e cosi' i frattali. Ma se
aggiungiamo a questo la visualizzazione allora possiamo davvero parlare
di un nuovo modo di fare la scienza.
14 - In che consiste questo nuovo modo di fare la scienza?
per spiegarlo la cosa migliore e' di riferirsi a uno strumento classico
della rivoluzione scientifica occidentale:il telescopio. Il telescopio
come le nuove tecniche di visualizzazione e' uno strumento atipico, in
quanto non serve a prendere misure, ma a far vedere cio' che prima era
invisibile. Esso ha avuto un'importanza grandissima. Ad esempio la teoria
di Copernico esisteva da oltre 50 anni, ma solo dopo che Galileo ha visto
i pianeti medicei ruotare intorno a Giove, essa e' stata accettata. Tutto
lo svilluppo scientifico si puo' dire che e' stato un costruire sempre
nuovi e piu' potenti telescopi. Perche' solo vedendo cose nuove possiamo
porci domande nuove e quindi costruire nuove teorie, fare nuove scoperte
e fare avanzare la scienza. I calcolatori muniti di mezzi di
visualizzazione sono i nuovi telescopi, e chi avra' i telescopi piu'
potenti potra' guardare piu' lontano e fare nuove scoperte.
15 - A che punto siamo adesso con questi mezzi di visualizzazione?
Male, molto male. Da una parte, le societa' commerciali di software,
non hanno molto interesse a sviluppare software per una base di utenti
scientifica, molto ristretta.Finora la tradizione e' che chi ha bisogno
di programmi se li scrive da se. D'altra parte l'attuale generazione di
ricercatori,e' restia a cambiare i suoi metodi. Cosi' mentre per l'uso
commerciale(vedi televisione,cinema o industrie) esistono prodotti
molto avanzati;per la visualizzazione scientifica siamo in una situazione
penosa, anche se c'e' un miglioramento continuo. Quello che succede e che
voi potete avere un'idea buona ogni giorno, ma di queste ne riuscite a
realizzare se non una al mese; e talvolta occorrono anni. E' auspicabile
che tra qualche anno, cosi' come ora qualsiasi scassatissimo computer vi
permette di fare un istogramma o un plot bidimensionale; con la stessa
facilita' possiate fare visualizzazioni.
16 - E per quanto riguarda il trasferimento di queste visualizzazioni su un
supporto permanente?
Qui la situazione e' ancora piu difficile, perche una buona stampante a
colori o meglio ancora un buon registratore su video, costano molto di
piu' del computer.Percio' non vi lamentate quando vedrete i miei lucidi
sbiaditi.Mi dispiace di dovervi parlare della Gioconda mostrandovi una
fotocopia in bianco e nero, di una foto:dovrete fare uno sforzo con
l'immaginazione per ricostruire l'originale.
17 - Poche parole per concludere
Quest'immagine che vedete e' il progetto fatto nel 500 da Giulio Camillo
del TEATRO DELLA MEMORIA. Camillo era famoso ai suoi tempi proprio per
questo progetto al quale dedico' tutta la sua vita. Era una specie di
via reale alla conoscenza, una architettura piena di immagini simboliche
dove chiunque fosse entrato avrebbe avuto accesso immediato a tutto lo
scibile. Quello che non riusci a fare Camillo, riuscira' a farlo la
visualizzazione e le realta' virtuali? Vedremo.
18 - Vuoi dire che queste tecniche hanno importanza nella didattica e
nell'insegnamento?
Si certo. Si dice che alcune attivita' come andare in bicicletta non
sono mai dimenticate, mentre altre come imparare una poesia sono
soggette a rapido oblio. In effetti, come ci dimostra l'apprendimento di
una lingua straniera,questo si puo' fare in vari modi fino ad arrivare
al metodo piu' efficace della full immersion(appunto!). A partire da una
certa soglia , certe cose non vengono piu' dimenticate. In questo ci
possono aiutare le tecniche di visualizzazione e sopratutto di realta'
virtuali, che gia' da ora si tenta di usare per insegnare le lingue
straniere o per attivita' di riabilitazione di handicappati.
19 - Tutto questo mi ricorda Piaget e le sue teorie, che relazione c'e'
tra visualizzazione e le teorie di Piaget?
Piaget scopri' due cose straordinarie riguardo ai bambini e al loro
apprendimento. La prima e' che questo avviene in maniera graduale con
una fase "concreta" che precede quella formale. Se voi fate delle
domande che riguardano il pensiero astratto e formale a un bambino di
cinque anni questi non vi sapra' rispondere perche non ha gli strumenti
per farlo. Se ne dovrebbe dedurre che questo succede perche' il pensiero
logico e' piu' difficile di quello concreto? Be' Piaget scopri' che i
bambini inparano senza aiuto alcuno e nella fase del pensiero concreto
imparano da autodidatti a un ritmo che se fosse mantenuto, li renderebbe
ai 20 anni tutti degli Einstein. Il pensiero formale e' piu' difficile
solo perche' e' estraneo al modo di lavorare del cervello che e' stato
ottimizzato dall'evoluzione per il pensiero concreto. In termini di
difficolta' oggettive, che voi potete misurare cercando di far eseguire
il compito al computer, il pensiero concreto e' molto piu' difficile e
complesso. Ed ecco dove entra in ballo la visualizzazione: essa puo'
rendere concreto cio' che e' formale e rendere percio' possibile anche a
bambini di 5 anni la comprensione delle "difficili" cose astratte.
Se la meccanica quantistica fosse rappresentata in modo concreto,
anch'essa sarebbe alla portata di un bambino.