CC BY
174VR-туров. Данные приемы использовались при разработке VR приложения для реконструкции сельской усадьбы Хоры Херсонеса античного периода, представляющего собой виртуальный тур, который может совершить пользователь, с возможностью полного погружения в жизнь и быт херсонеситов античного периода. Определены основные механики, которые являются универсальными и могут использоваться для реализации подобных решений для других музейных комплексов, а также в других сферах деятельности.
Работа может быть полезна для специалистов музейного дела, деятельность которых связана с внедрением новых технологий, так как в статье рассмотрены некоторые аспекты написания сценариев для технических заданий на разработку виртуальных туров с технологией виртуальной реальности, а также описаны рекомендации по созданию базовых механик, необходимых пользователю VR-приложения.
Abstract
The article discusses the possibilities of using the Unity3D game engine, SteamVR virtual reality technology and the VRTK plugin for VR tours.These techniques were used in the development of a VR application for the reconstruction of the estate of Chersonesos Chora of the antique period, which is a virtual tour that the user can take, with the possibility of complete immersion in the life of Chersonesites of the antique period. The basic mechanics that are universal and can be used to implement similar solutions for other museum complexes, as well as in other fields of activity, are identified. This work may be useful for museum specialists whose activities are related to the introduction of new technologies, as the article discusses some aspects of writing scripts for technical tasks for the development of virtual tours with virtual reality technology. Describes recommendations for creating the basic mechanics needed by the user of the VR application.
Ключевые слова: виртуальная реальность, Херсонес Таврический, VR-тур, Unity3D, SteamVR, плагин VRTK, игровая механика.
Keywords: virtual reality, Tauride Chersonesos, VR-tour, Unity3D, SteamVR, VRTK plugin, game mechanics.
Введение.
Вопрос о необходимости поддержания интереса к изучению культурно-исторического наследия остаётся актуальным. Традиционные технологии экспонирования и популяризации составляющих исторического наследия
утратили свою актуальность и неспособны удовлетворить информационные запросы нового поколения. Это связано с увеличивающимися скоростями и объемами информации, совершенно другими механизмами ее распространения, каналами получения и передачи и наконец, потребления. Выросло поколение «визуалов», которое мыслит образами, предпочитает визуальную информацию, является более мобильным и использует разнообразные устройства (гаджеты). Для представителей этого поколения не интересен поиск как-таковой, информация должна быть получена здесь и сейчас. Такую возможность предоставляют технологии дополненной и виртуальной реальности.
Технология виртуальной реальности, которая получила бурное развитие в индустрии развлечений, с каждым годом все больше проникает и в другие сферы жизни человека: гражданская и военная промышленность, образование, сфера продаж, проектирование, киноиндустрия, медицина и т.д.
Государственный историко-археологический музей-заповедник «Херсонес Таврический» активно ищет и уже применяет в своей деятельности самые инновационные технологии и самые современные формы подачи материала. В рамках сотрудничества с ФГАОУ ВО «Севастопольский государственный университет» стал возможным проект Цифровая реконструкция сельской усадьбы Хоры Херсонеса античного периода и развитие технологии использования цифровых моделей объектов культурного наследия в VR-приложениях (приложениях виртуальной реальности).
1. Аппаратное и программное обеспечение для разработки и демонстрации виртуальной реальности
В качестве устройства для разработки и обеспечения погружения пользователя в виртуальный мир был выбран комплект HTC Vive (шлем, контроллеры, базовые станции), который в настоящий момент является одним из лидеров на рынке гарнитур для VR.
Основной опыт разработки приложений принадлежит разработчикам платформ трехмерных игр, самыми известными из которых являются: Unity3D, Unreal Engine 4, CryEngine, Amazon Lumberyard, AppGameKit-VR (AGK), Oculus Medium 2.0.
Первые три из них представляют наиболее популярные системы, позволяющие использовать все возможности современных языков программирования для создания производительных решений с использованием трехмерных моделей и технологией виртуальной реальности, в Таблице 1 представлена сравнительная характеристика этих игровых платформ.
Имеющиеся аппаратные средства и опыт группы разработчиков ФГАОУ ВО «Севастопольский государственный университет» позволили использовать межплатформенную среда разработки 3D-приложений в реальном времени Unity3D [1].
Для создания программных решений, использующих VR-гарнитуры типа HTC Vive, Oculus Rift, Valve Index необходим SteamVR - среда выполнения в составе клиента Steam, обеспечивающая работу приложений виртуальной реальности. Как правило ее установка происходит автоматически, но возможны случаи, когда потребуется ручная установка.
Таблица 1 - Сравнительный анализ платформ
Платформа Порог вхождения Кроссплатфор-менность Язык программирования Графика Системные требования
Unity3D Низкий 22 платформы C#, JavaScript, Boo, PlayMaker Средняя Средние
CryEngine Высокий 5 платформ С++, Lua Средняя Высокие
Unreal Engine Средний 10 платформ C++, BluePrint Высокая Высокие
Этап разработки включает процессы: программирование интерфейса, программирование сценариев взаимодействия между пользователем и объектами виртуальной реальности, программирование рендеринга объектов сцен и весь функционал приложения виртуальной реальности.
2. Разработка сценария VR-тура.
С целью реализации удобного и понятного интерфейса необходимо было выяснить и проанализировать привычки и уже имеющийся опыт пользователей подобных программных решений. Наиболее известные среди них: «Ancient Jerusalem in VR». (Австралия) - реконструкция Древнего Иерусалима, при помощи археологов из управления по вопросам древностей Израиля, «Rome Reborn - Возрожденный Рим» - виртуальная реконструкция Древнего Рима периода конца Бронзового раннего Средневековья, «Виртуальная реконструкция Московского Страстного монастыря (середина XVII - начало XX вв.)», Historium VR - масштабное VR-приложение которое позволяет пользователю посетить средневековый бельгийский город Брюгге, VR-приложение - реконструкция древнего города Иерусалим. Большинство из этих VR-приложений предоставляют возможность частичного погружения в виртуальную реальность, то есть присутствовать на месте событий и
знакомится эпохами и событиями, но не предусматривают, как правило, возможности взаимодействия с объектами виртуального мира.
На основании анализа поведения пользователя в существующих приложениях и расширения их возможностей, например, для знакомства с экспонатами, в VR-туре по сельской усадьбе Хоры Херсонеса приняты следующие решения по реализации инструментов и функций взаимодействия пользователя с объектами и реакции объектов виртуального мира:
- взаимодействие с пунктами меню и элементами навигации осуществляется при помощи триггера правого контроллера HTC Vive. Однократное нажатие на триггер вызывает появление указателя в виде луча-указателя. Активация пункта меню или элемента управления-кнопки осуществляется после совмещения указателя с требуемым элементом и однократным нажатием триггера;
- при активации выбранного пункта меню (блока/плитки), происходит подсветка и изменение цвета пункта меню;
- при наведении указкой на пункт меню (Экскурсия, Квест, а также - на локации: (Усадьба и другие локации по мере их загрузки), происходит дополнительное информирование о режимах «путешествия», рядом появляется дополнительная информация (боковое появление полупрозрачной панели).
- элементы управления - слайдеры, управляются зажатым триггером правого контроллера;
- вызов стартового меню осуществляется в любой момент кнопкой меню правого контроллера;
- перемещение между локациями сопровождается сменой окружения через затемнение;
- перемещение по локации с помощью телепортации - указка активируется с сенсорной панели (тачпада) контроллера;
- взаимодействие с интерактивными элементами осуществляется по следующему алгоритму: при попадании динамического объекта в поле зрения пользователя, происходит его оконтуривание при помощи любого контроллера с зажатыми кнопками «захват» можно взять объект и рассмотреть его.
Говоря на языке разработчиков программного обеспечения, потребуется настроить физику - то есть как окружающий мир будет реагировать на действие пользователя или объектов этого мира, а также реализовать механики - то, есть какими способами пользователь будет взаимодействовать с окружающим миром.
3. Рекомендации по реализация основных механик стандартными средствами SteamVR
SteamVR - это многофункциональная виртуальная реальность с полным обзором 360° в пределах всего VR-пространства [2].
Плагин SteamVR доступен в UnityAssetsStore. Для начала его использование необходимо произвести подготовку сцены Unity, на которой будет собран сюжет будущего VR-тура. Так как. SteamVR использует свою реализацию камеры то со сцены, предлагаемой по умолчанию, потребуется удалить объект - стандартную камеру MainCamera (здесь и далее имена объектов по умолчанию). Чтобы обеспечить запуск виртуальной реальности на сцену требуется поместить Prefab «Player» (Prefab - «префаб» - это тип ресурсов, предназначеный для многократного использования и хранящийся в Project View) который предоставляется от плагина SteamVR, расположенный в папке SteamVR\InteractionSystem\Core\Prefabs.
Prefab «Player» устанавливает главный компонент действующего лица, необходимый для связи с оборудованием, отрисовки мира и рук, также этот префаб помогает обрабатывать нажатия на кнопки контроллера.
Для дальнейшей настройки интерактивных объектов можно рекомендовать классы Interactable и Throwable. Процесс настройки параметров этих двух классов позволяют осуществить кастомизацию взаимодействия пользователя с интерактивными объектами.
Одно из основных действий - перемещение из одно точки в другую можно использовать
Для обеспечения телепортации по сцене рекомендуется использовать Prefab «Teleporting». Его местоположение так же в стандартной; SteamVR\InteractionSystem\Core\Prefabs.
Кроме того, на сцене потребуется расставить точки, между которыми осуществляется перемещение (телепортация). Для настройки этих точек можно использовать класс TeleportPoint.
Также на отдельных локациях может потребоваться возможность телепортации не только по определенным точкам, но и в определенной зоне, для этого можно настроить класс «TeleportationArea».
Если создатель приложения не является профессиональным разработчиком, то в создании основных механик и настройки физики рекомендуется воспользоваться плагином Virtual Reality Toolkit - VRTK.
4. Рекомендации по реализации основных механик при помощи плагина VRTK
Плагин VRTK - Virtual Reality Toolkit - это фреймворк виртуальной реальности, позволяющий разработчикам добавлять интерактивность в приложения без кодирования физики взаимодействий этих объектов с нуля. Он позволяет ускорить и оптимизировать разработку [3]. Плагин VRTK, доступен в официальных репозиториях на GitHub (крупнейшем веб-сервисе для хостинга IT-проектов и их совместной разработки) и SteamVR, а также в Unity Assets Store [4,5].
Для реализации отображения объектов виртуальной реальности в шлеме потребуется создать пустой объект на сцене, для упрощения дальнейшей работы, объекту в разрабатываемом проекте рекомендуется присвоить уникальное имя (в приводимом примере: VRTK_SDK_Manager). К созданному пустому объект прикрепляется класс VRTK_SDK Manager. Аналогично создается пустой объект SteamVR_Setup и на сцену добавляются Prefab «SteamVR» и Prefab «CameraRig», лежащие в папке Assets\SteamVR\Prefabs.
Далее в настройках объекта SteamVR_Setup и компонента VRTK_SDK Setup в разделе SDK Selection в QuickSelection выбирается SteamVR. В объекте VRTK_SDK_Manager в компоненте VRTK_SDK Manager в разделе Setups активирована опция Auto Populate, для установки связи с оборудованием.
Для реализации функции управления контроллерами создаются специальные пустые объекты LeftController, RightController. Которые добавляются в настройках объекта VRTK_SDK_Manager и компонента VRTK_SDK Manage в разделе Script Aliases.
Для реализации взаимодействия с контроллерами можно использовать класс VRTK_Controller Events, а для взаимодействия с элементами пользовательского интерфейса классы: VRTK_UI Pointer и VRTK_UI Canvas, VRTK_Pointer и VRTK_Straight Pointer Renderer.
Для реализации простейшей телепортации используется класс VRTK_Basic Teleport, VRTK_Body Physics, а для отрисовки траектории телепортации - класс VRTK_Bezier Pointer Renderer.
Для реализации взаимодействия с интерактивными объектами, на объект контроллера необходимо добавить классы VRTK_Interact Use, VRTK_Interact Touch, VRTK_Interact Grab. Объект, с которым должно быть выполнено взаимодействие должен быть интерактивным, это можно осуществить через настройку в окне Window -> VRTK -> Setup Interactable Object -> Setup selected object(s).
Помимо описанных базовых механик, которые потребовались для создания VR-тура в проекте также реализованы следующие механики:
отображение всплывающей над интерактивным VR объектом подсказки, с информацией об объекте, зона аудиогида - при вхождении в которую пользователь получает возможность прослушать аудиогид и др. 5. Результаты и перспективы разработки
В ходе выполнения проекта были установлено, что возможности межплатформенной среды разработки Unity3D, технологии виртуальной реальности и опыта разработки игровых проектов могут и должны быть использованы для создания VR-программных решений, для просветительских и образовательных проектов. Сочетание игровых практик и визуального контента с технологиями погружения в изучаемую область, намного эффективнее, чем традиционные образовательные технологии. В связи с интересом, который вызвал разрабатываемый проект, принято решение, о создании VR-тура, который позволит рассказать не только об античном периоде сельской усадьбы Хоры Херсонеса, но и охватит другие временные периоды развития Херсонеса и его территориальные образования, такие как Городище, где кипела городская жизнь и Некрополь. Так же приложение обеспечит возможность в игровой форме проверить знания об истории древнего города-государства.
Разработка выполнена при финансовой поддержке внутреннего гранта ФГАОУ ВО «Севастопольский государственный университет» в рамках научного проекта № 519/06-31.
Список литературы:
1. URL-адрес руководства пользователя Unity: https://docs.unity3d.com/ru/current/Manual / UnityManual.html (Дата обращения: 21.10.2019).
2. Разработчики SteamVR https://support.steampowered.com/kb_article.php?ref=1131 -WSFG-3320 (Дата обращения: 21.10.2019).
3. Документация VRTK. URL: <url> https://vrtoolkit.readme.io/docs (Дата обращения: 11.11.2019).
4. GitHub веб-it it-проектов и их совместной разработки. URL: <url> https://github.com (Дата обращения: 13.11.2019).
6. Unity Asset Store-лучшие активы для создания игр. URL: <url> https://assetstore.unity.com (Дата обращения: 13.11.2019)
List of references:
1. Unity User Manual URL: https: //docs. unity 3d.com/ru/current/Manual/ UnityManual.html (Дата обращения: 21.10.2019).
2. SteamVR Developers https://support.steampowered.com/kb article.php?ref=1131 -WSFG-3320 (Дата обращения: 21.10.2019).
3. VRTK Documentation. URL: https://vrtoolkit.readme.io/docs (Дата обращения: 11.11.2019).
4. GitHub веб-сервис для хостинга IT-проектов и их совместной разработки. URL: https://github.com (Дата обращения: 13.11.2019).
5. Unity Asset Store - The Best Assets for Game Making. URL: https: //assetstore. unity.com (Дата обращения: 13.11.2019)
