基于电子触觉设备的沉浸式“捶打鼹鼠”游戏的设计与实现

来源 :北京交通大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:mzl521fnn1314
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国家数字科学技术研究所(INRIA)是法国的一个数字科学研究机构,旨在促进科学的发展。作者在这个研究中心的工作是围绕一个主要项目展开的:在Unity中使用Steam VR,用C#语言实现虚拟现实体验,使用电触觉设备进行Tactility(欧洲项目Horizon 2020)。这个实验的目标是展示如何使用电触觉设备来提高VR的沉浸感。电触觉的原理是发送电刺激来模仿触摸的感觉。电触觉反馈装置目前还只是一个原型。其原理是将电极固定在食指的第三指骨上。电极由六个部分组成,可以在不同强度下独立激活。最终目标是创建一个覆盖所有指骨以及手掌上所有点的电触觉手套。主要的假设是,在虚拟环境中使用电触觉反馈将提高用户体验。首先,感官模式的增加将增加沉浸感,特别是,由于作者们考虑的是触觉感官模式,这将对存在感、体现感和现实感的判断产生全面的增强效果。其次,作者们假设在触摸虚拟物体时使用电触觉反应会因其情感价值而产生不同的效果。具体来说,预计由厌恶性(即情感消极)的虚拟物体引起的情绪将高于由非厌恶性(即情感积极)的虚拟物体引起的情绪。此外,生理测量(心率和皮肤电化学反应)和行为指标(用户和虚拟对象之间的距离)将被用作实验条件影响的额外标记。这项工作的主要目的是利用电触觉反馈进行实验,测量候选人的生理和心理反应,以便作者们能够证明这一假设。实验以"打地鼠"游戏为基础。打地鼠是一种街机游戏,目标是尽可能快地击中从洞里出来的鼹鼠。在这里,作者们的鼹鼠被替换成了老鼠,以便在老鼠身上产生厌恶感,在老鼠身上产生舒适感。作者们的目的是观察受试者在敲击"鼹鼠"时是否因鼹鼠的模型不同而不同,以及这种差异是否因电触觉效应而加强。实验的设计如下。第一步是在虚拟现实中对电触觉反馈进行校准。这种校准是在一个单独的模块中完成的,因此可以在其他使用这种技术的项目中重复。这种校准有不同的模式,可以根据研究者的需要来改变。基本原理是,用户将他们的手从左到右穿过一个块。随着强度值的每一次递增,区块的一部分会亮起来。只要用户的手还在块中,他就能感觉到他所选择的强度。块中强度的增加或减少只能一步一步地进行。把你的手放在中间不会改变该点的强度,也不可能通过在块内快速移动你的手来过快地改变槽。这可以防止用户错误地选择一个对他们来说过高的强度。一旦获得了所需的数值,用户只需触摸一个按钮,就可以进入研究者选择的下一个场景,在作者们的例子中是打地鼠游戏场景。然后,第二步是评估模型(大鼠或小鼠)。这个阶段包括2个元素,模型和GUI,GUI是根据受试者的ID来定义的。它有一个大约30秒的动画循环,这使它更真实一些。它有撞击盒,允许用户触摸它。命中箱是一个能检测到与其他元素碰撞的区域,在这种情况下是指玩家的手。如果模型上有电触觉反馈,受试者会在他们的食指上感觉到电脉冲。GUI允许受试者回答问题。每个互动元素都可以被触摸来执行其动作。然后,数据被保存在计算机桌面上一个文件夹的Json文件中。这个阶段是重复的,但这次根据第一部分,有无电触觉反馈的存在。它有相同的调查问卷,这使得作者们可以看到电触觉反馈是否改变了答案。下一步是教程阶段。这是一个没有模型或触觉效果的鼹鼠游戏的训练。玩的时候,你只需用你的虚拟手指按下由VR控制器控制的活动按钮。只要按下前一个按钮,这些按钮就会被释放并成为活动的。每次只有一个按钮处于活动状态,而且没有按压按钮的最长时间。活动按钮的位置是随机的,但它不能连续两次相同。最后一步,和第二步一样,由两部分组成,一部分有电触觉反应,另一部分没有。在这里,与教程阶段不同的是,出现的模型是动物的模型,而在两部分中的一部分,电触觉效应是存在的。此外,每个孔只使用一次,没有重复。该模型有一个非常小的动画循环,它用两条后腿站立。在每个部分之间,受试者必须在与第一阶段相同的界面上回答一份问卷。在这个步骤中,除了调查问卷,还收集数据。在应用程序的每一帧中,受试者的手和头的位置被保存,以及头在世界中的旋转和它与目标的角度。最后,双手相互穿透的距离。也就是说,玩家的真实手和虚拟手之间的距离。这种差异是在主体接触到有击球盒的虚拟物体时造成的。这里,桌子、教程中的按钮、鼠标或鼠标模型。这使得作者们有可能知道,当把模型推入洞中时,被试者对模型的按压是多还是少。此外,在所有这些数据中,作者们还加入了时间戳、模型的状态(如果它被按下或未被按下)、用户ID、使用的模型以及是否使用了电触觉效果。该实验已经完全实现,等待使用。所有部分都能工作,在运行时没有出现任何错误。校准部分已经被其他研究人员在他们自己的实验中使用。作者的部分代码大约有2200行,分为25个脚本。作者试图尽可能地优化,使其没有滞后性,并有一个灵活的代码,使作者能够在几个不同的情况下重复使用这些脚本,这使作者能够减少编写代码的时间。这次实习是作者在研究部门的第一次经历,让作者发现了这个世界。作者能够发现与之相关的工作环境并执行不同的任务。作者希望在实习期结束前看到作者的经验能取得成果。作者能够提高作者在Unity中的技术知识,通过获得关于引擎的几个特征的编程反射。作者也提高了作者在C#方面的技能。此外,作者确认了作者的职业计划,并获得了一个良好的职业经验,以后可以使用。此外,在研究中从事过虚拟现实的工作,作者的个人资料将脱颖而出。总而言之,这次实习是一次很好的经历,它在个人和专业层面上丰富了作者,让作者看到了作者希望的职业方向。
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