Проект "Создание VR среды и ознакомление с VR на игровом движке Unity"

В процессе работы над индивидуальным творческим проектом по информатике на тему "Создание VR среды и ознакомление с VR на игровом движке Unity" рассмотрел виды и жанры VR-игр, а также сферы применения VR в современном мире. Учащийся 10 класса разработал и протестировал простую VR-сцену в Unity.

Содержание исследовательской работы (проекта) в 10 классе о создании VR среды и ознакомлении с VR на игровом движке Unity автор пришел к выводу о том, что даже не имея больших навыков и багажа знаний о Unity, но имея большое желание можно легко создать свой проект за небольшой промежуток времени.

Оглавление

Введение
Глава 1
1.1 Определение VR
1.2 Виды игр и их жанры
1.3 Применение VR в современном мире
Глава 2
2.1 Что такое Unity
2.2 Состав разработчика VR на Unity
2.3 Базовые составляющие для VR
Заключение
Список литературы
 

Виртуальная реальность (VR) переживает стремительное развитие, трансформируя не только игровую индустрию, но и множество других сфер человеческой деятельности. По данным аналитиков, объем мирового рынка VR к 2025 году превысит 45 миллиардов долларов, что свидетельствует о колоссальном потенциале этой технологии. Особенно актуальным становится изучение VR-разработки в контексте следующих факторов:

Образовательный потенциал. VR-технологии активно внедряются в современную систему обучения, позволяя создавать иммерсивные образовательные среды. Например, медицинские вузы используют VR-симуляторы для тренировки хирургов, а школьники могут "путешествовать" по древним цивилизациям на уроках истории.

Профессиональная востребованность. На рынке труда наблюдается острый дефицит специалистов по VR-разработке. Изучение Unity и создание VR-проектов открывает перспективы для будущей карьеры в быстрорастущей IT-индустрии.

Технологическая доступность. Современные VR-шлемы (Oculus Quest, HTC Vive) стали значительно дешевле, а такие платформы, как Unity, предлагают бесплатные инструменты для разработки, делая VR-разработку доступной даже для школьников.
Социальная значимость. VR-технологии помогают решать важные социальные задачи - от реабилитации пациентов с фобиями до создания виртуальных рабочих пространств для удаленных сотрудников.

Творческая самореализация. Создание VR-сред предоставляет уникальные возможности для творчества, позволяя воплощать любые фантазии в виртуальном пространстве.
В контексте школьного образования данный проект приобретает особую ценность, так как: позволяет получить практические навыки работы с современными технологиями; развивает пространственное мышление и креативность; формирует базовые компетенции в области программирования и 3D-моделирования; знакомит с принципами проектной работы в IT-сфере.

Таким образом, изучение VR-разработки на Unity представляет собой комплексную задачу, сочетающую образовательную, профессиональную и социальную значимость, что делает данный проект исключительно актуальным в современных условиях цифровой трансформации общества.
Цель исследования: изучить принципы работы с виртуальной реальностью в Unity и создать базовую VR-среду для ознакомления с возможностями этой технологии.

Задачи исследования:

1. Изучить определение и основные характеристики виртуальной реальности.
2. Рассмотреть виды и жанры VR-игр, а также сферы применения VR в современном мире.
3. Ознакомиться с возможностями игрового движка Unity для разработки VR-приложений.
4. Определить ключевые компоненты, необходимые для создания VR-среды.
5. Разработать и протестировать простую VR-сцену в Unity.

Объект исследования: технологии виртуальной реальности и их реализация в игровом движке Unity.
Предмет исследования: процесс создания VR-среды в Unity, включая настройку оборудования.
 

Виртуальная реальность (VR) представляет собой технологию, которая позволяет пользователям погружаться в созданные компьютером миры, которые могут либо отражать реальность, либо предлагать совершенно уникальные и фантастические пространства. Для взаимодействия с такими средами используются специальные устройства, такие как VR-шлемы, контроллеры и перчатки, что дает возможность пользователям ощущать свое присутствие и активное участие в происходящем.

Далее перейдем к ключевым характеристикам:

• Разрешение - Чем выше разрешение, тем чётче и реалистичнее картинка. Современные модели предлагают разрешение от 2160x2160 пикселей до 4320x2160 пикселей.
• Частота обновления - Высокая частота обновления (от 90 Гц и выше) обеспечивает плавное изображение и уменьшает усталость глаз.
• Поле зрения - Чем шире поле зрения (от 100 градусов и выше), тем более погружённой кажется виртуальная реальность.
• Комфорт - Лёгкий вес, удобная посадка и регулировка диоптрий делают использование VR-очков более комфортным.
• Отслеживание движений - Встроенные сенсоры и внешние камеры обеспечивают точное отслеживание движений головы и рук.
• Иммерсивный звук - В VR-шлемах используется 360-градусная аудиотехнология, создающая объёмный звук.
• Контроллеры - Контроллеры, имеющие множество кнопок и колёсиков для навигации, должны быть эргономичными и обеспечивать комфортное управление.
• Встроенная память - Наличие минимум 32 ГБ встроенной памяти позволяет устанавливать приложения и обновления.

Техническая составляющая VR представляет собой следующие компоненты. VR-очки или шлем - это устройство прикрепляется к голове пользователя и позволяет ему видеть виртуальный мир. Внутри VR-очков находятся дисплеи, которые отображают изображение перед глазами пользователя. В зависимости от модели, VR-очки могут иметь различные функции, такие как отслеживание сенсорные панели или отслеживание пальцев рук. Для управления виртуальным миром пользователь использует специальные контроллеры.

Они могут быть различной формы и функционала, но основная их задача — передавать движения и команды пользователя в виртуальное пространство. Контроллеры могут иметь кнопки, датчики движения, гироскопы и акселерометры для отслеживания без базовых станций. Некоторые модели для отслеживания положения и движений пользователя в виртуальной реальности используют базовые станции. Они создают инфракрасное поле, которое фиксируется датчиками на оборудовании пользователя. Базовые станции позволяют достичь высокой точности отслеживания и обеспечивают беспроводное взаимодействие между пользователем и VR-системой.

Для запуска и работы VR-приложений требуется высокопроизводительный компьютер или игровая консоль. VR-системы требуют значительных вычислительных ресурсов для создания плавной и реалистичной виртуальной среды. Поэтому важно иметь мощный компьютер или игровую консоль, которые могут обеспечить необходимую производительность.

Также из-за увеличения прогресса в данной сфере технологий можно разделить на уровни погружения в VR:

• Низкий уровень виртуальной реальности - характеризуется простейшими технологиями взаимодействия. Один из наиболее популярных примеров — мобильные приложения для VR-экспериментов, которые используют смартфоны в качестве дисплеев. Такие приложения обычно требуют использования простых аксессуаров, таких как картонные VR-окулисы (например, Google Cardboard).

  Их цель — предоставить пользователю начальное понимание виртуальной реальности без значительных инвестиций и сложной настройки оборудования. Он доступен широкому кругу пользователей, так как не требует дорогостоящего оборудования и может быть использован почти на любом смартфоне. Однако у этого уровня есть свои недостатки: ограниченная интерактивность и ощущение погружения. Пользователь не может взаимодействовать с виртуальным пространством так, как это возможно на более высоких уровнях.

• Средний уровень виртуальной реальности - подразумевает использование более сложных технологий и оборудования, таких как гарнитуры виртуальной реальности, предназначенные для полноценного взаимодействия с цифровыми мирами. Примеры таких устройств — Oculus Rift, HTC Vive и PlayStation VR. Эти устройства предлагают широкий спектр возможностей: отслеживание движений, использование контроллеров для манипуляции объектами внутри виртуального пространства и прочее. Средний уровень виртуальной реальности открывает новые горизонты как для игр, так и для обучающих программ. Игры на этом уровне часто предлагают расширенные функции взаимодействия и более высокий уровень погружения.

  Например, в играх можно использовать жесты рук для управления действиями персонажа или взаимодействия с окружающей средой. Образовательные приложения могут использовать виртуальную реальность для создания симуляций, которые позволяют студентам шаг за шагом изучать сложные концепции в интерактивной форме. Тем не менее, средний уровень виртуальной реальности также имеет свои недостатки. Во-первых, стоимость оборудования может быть достаточно высокой, а некоторые пользователи могут испытывать дискомфорт или головокружение во время использования гарнитур. Кроме того, для полноценного опыта часто требуется достаточно просторное помещение и мощный компьютер.

• Высокий уровень виртуальной реальности - представляет собой наиболее продвинутую и сложную форму VR, которая включает в себя технологии, такие как полное погружение и симуляция. Это уровень, на котором применяются технологии, используемые в профессиональной среде, таких как медицинские симуляции, архитектурные проекты и военные тренировки.

  Здесь используются не только гарнитуры, но и специальные перчатки, костюмы и различные датчики, позволяющие пользователям ощущать свои действия в виртуальной среде. Несмотря на свои преимущества, высокий уровень виртуальной реальности также имеет свои ограничения. Разработка и внедрение сложных VR-приложений требуют времени и ресурсов. Кроме того, далеко не все пользователи имеют доступ к необходимому оборудованию.

  Основной принцип работы VR-систем базируется на бинокулярном зрении человека, как и дальнейший предок шлемов виртуальной реальности — стереоскоп. Линзы позволяют скорректировать картинку на дисплее для глаз пользователя таким образом, чтобы создавался эффект присутствия в виртуальном мире.

  Все технологии, используемые при создании VR-устройств направлены на то, чтобы создать максимально правдоподобную имитацию окружающего мира и погрузить в неё человека. При этом, виртуальный мир непременно должен реагировать на действия пользователя. В основном это достигается с помощью оптики и отслеживания движений. Причём, они отслеживаются как шлемом, так и некоторыми видами контроллеров.

В настоящее время индустрия игр очень расширилась. На рынке товаров существует много продуктов для каждого геймера. Игры начали делить на виды и жанры. Перечислим основные их виды и жанры:

Экшен (Action):

• Шутеры от первого лица (FPS): игроки видят мир глазами персонажа и используют огнестрельное оружие (например, Call of Duty, Counter-Strike).
• Шутеры от третьего лица (TPS): игроки управляют персонажем с третьего лица (например, Gears of War, Fortnite).

Платформеры:

• Игры, в которых нужно прыгать и преодолевать препятствия (например, Super Mario, Sonic the Hedgehog).

Приключенческие игры (Adventure):

• Классические приключения: игры с акцентом на исследование и решение головоломок (например, Monkey Island, Grim Fandango).
• Интерактивные истории: игры, где выбор игрока влияет на развитие сюжета (например, Life is Strange, The Walking Dead).

Ролевые игры (RPG):

• Традиционные RPG: игры с глубокой системой развития персонажей и сюжетом (например, Final Fantasy, The Witcher).
• MMORPG: массовые многопользовательские онлайн-ролевые игры (например, World of Warcraft, Guild Wars).

Стратегии (Strategy):

• Пошаговые стратегии (TBS): игры, где игроки делают ходы по очереди (например, Civilization, XCOM).
• В реальном времени (RTS): игры, где действия происходят в реальном времени (например, StarCraft, Age of Empires).

Симуляторы (Simulation):

• Симуляторы жизни: игры, имитирующие повседневную жизнь (например, The Sims, Animal Crossing).
• Авиа- и автосимуляторы: игры, моделирующие управление транспортными средствами (например, Flight Simulator, Forza Motorsport).

Спортивные игры (Sports):

• Игры, имитирующие различные виды спорта (например, FIFA, NBA 2K).

Головоломки (Puzzle):

• Игры, сосредоточенные на решении задач и головоломок (например, Tetris, Candy Crush).

Хоррор (Horror):

• Игры, создающие атмосферу страха и напряжения (например, Resident Evil, Silent Hill, Outlast).

Инди-игры (Indie):

• Независимые игры, часто с уникальными механиками и стилем (например, Hollow Knight, Celeste).

Каждый из этих жанров имеет свои поджанры и уникальные особенности, что делает игровой мир разнообразным и интересным для разных типов игроков.

Виртуальная реальность вышла далеко за рамки игровой индустрии, став трансформационной технологией XXI века. Ее применение охватывает практически все сферы человеческой деятельности, предлагая инновационные решения сложных задач.
Виртуальная реальность (VR) находит все большее применение в различных сферах. В игровой индустрии она предоставляет игрокам уникальные возможности погружения, позволяя им взаимодействовать с игровыми мирами.

В области образования VR предлагает новые форматы интерактивного обучения. Студенты могут участвовать в симуляциях, изучая анатомию или погружаясь в исторические события, что делает процесс обучения более увлекательным.
В медицине VR используется для подготовки врачей и в терапевтических целях. Архитекторы применяют VR для разработки и демонстрации проектов в трехмерном формате, что упрощает согласование.

В туризме виртуальная реальность позволяет людям "посетить" разные места, что полезно как для туристов, так и для экскурсионных компаний. В военной сфере VR помогает готовить специалистов к экстренным ситуациям.
В спорте эта технология применяется для анализа выступлений и тренировки. Таким образом, виртуальная реальность продолжает развиваться, предлагая новые горизонты для пользователей в различных областях.

VR продолжает трансформировать традиционные подходы в каждой из этих областей, предлагая не просто новые инструменты, а принципиально иные способы взаимодействия с информацией и окружающим миром. Технология стирает границы между физической и цифровой реальностью, открывая беспрецедентные возможности для образования, работы и творчества.
 

Unity — это мощная платформа для разработки игр и интерактивных приложений, созданная компанией Unity Technologies. Она позволяет разработчикам создавать 2D и 3D игры для различных платформ, включая ПК, консоли, мобильные устройства и даже веб. Вот несколько ключевых аспектов Unity:

Основные характеристики Unity:
Мультиплатформенность: Unity поддерживает множество платформ, включая Windows, macOS, iOS, Android, PlayStation, Xbox и даже VR/AR устройства. Это позволяет разработчикам создавать игры, которые могут работать на различных устройствах без значительных изменений в коде.

Интуитивно понятный интерфейс: Unity предлагает удобный интерфейс, который позволяет визуально редактировать сцены, анимации и игровые объекты. Это делает процесс разработки более доступным, особенно для начинающих.

Скриптинг на C#: разработка логики игры осуществляется с помощью языка программирования C#. Unity предоставляет мощный API, который позволяет взаимодействовать с игровыми объектами и управлять их поведением.
Asset Store: Unity имеет собственный магазин, где разработчики могут приобретать или бесплатно загружать готовые ассеты, такие как модели, текстуры, анимации и скрипты. Это значительно ускоряет процесс разработки.

Сообщество и поддержка: Unity имеет большое и активное сообщество, что позволяет разработчикам находить решения для различных проблем, делиться опытом и получать помощь.

Поддержка VR и AR: Unity активно поддерживает разработку приложений для виртуальной и дополненной реальности, что делает его популярным выбором для создания immersive experiences.

Применение Unity:
Игры: наиболее распространенное применение Unity — разработка видеоигр. Многие популярные игры, такие как Hollow Knight и Monument Valley, созданы на этой платформе.
Образование: Unity используется в образовательных учреждениях для обучения студентов основам программирования и разработки игр.

Симуляции: платформа также применяется для создания симуляций в различных областях, включая медицину, архитектуру и промышленность.
Анимация и интерактивные приложения: Unity подходит для создания анимационных фильмов и интерактивных приложений для маркетинга и рекламы.

Итог:
Unity — это универсальный инструмент, который позволяет разработчикам реализовать свои идеи и создавать качественные игры и приложения. Благодаря своей гибкости и мощным инструментам, он остается одним из лидеров в области разработки игр.

В Unity Hub при создании своего проекта уже есть готовая сцена, в которой можно увидеть все новые возможности новых дополнений для работы с VR. Также есть обучение, но в Unity все на английском языке, поэтому мы ознакомимся с возможностями VR на практике, запустив тренировочную сцену.

В тренировочной сцене (Sample scene) в Unity Hub нам предоставлена комната с объектами разными вида взаимодействия. На стене находится экран с видео, содержание которого повествует о передвижении и взаимодействии с объектами. Перед собой видим два контроллера. Контроллер состоит из нескольких частей. Боковые кнопки для захвата объектов.

Из контроллеров по прямой выходит линяя, направив линию на объект и зажав курок, мы сможем взаимодействовать с объектом - перемещать, использовать. Передняя кнопка представляет собой курок для взаимодействия с панелями, может использоваться как дополнительная кнопка взаимодействия с объектом. Примером будет являться следующее - при удержании в контроллере фигуры в виде трости и при нажатии на курок, из трости выйдет конфетти.

Далее идет джойстик, правый отвечает за поворот на 45 градусов при отклонении влево и вправо в соответствующие стороны, при отклонении вперед выходит линия на конце которого круг, этот круг является местом телепорта. Левый джойстик полностью отведен для передвижения по горизонтальному направлению.

Перейдем к составляющей взаимодействий с объектами. В данной комнате представлено несколько видов объектов:

• Зафиксированные объекты (стены, пол).
• Объекты, обладающие физикой и функцией взаимодействия (фигуры, представленные на фото снизу).



• Экраны с взаимодействием через переднюю кнопку контроллера (Экран с видео и др.).

В Unity для VR разработки существует целый набор инструментов — XR Interaction Toolkit. XR Interaction Toolkit — это пакет для Unity, который упрощает разработку приложений и игр для виртуальной (VR), дополненной (AR) и смешанной реальности (MR). Он предоставляет инструменты и компоненты для создания взаимодействий пользователей с 3D-объектами в пространстве XR, позволяя разработчикам сосредоточиться на создании контента, а не на низкоуровневых деталях взаимодействия.

У разработчика для разработки игр минимум нужен компьютер с средней производительностью. А для разработки в VR также устройство. Такими могу быть VR гарнитуры от Meta (Oculus), HTC Vive, Valve и др.

Для того, чтобы создать базовые составляющие VR, нам надо ознакомиться со структурой.

1. XR Origin (XR Rig) — Корпус с вытекающими составляющими.
2. Camera Offset — Основа для высоты.
3. Main Camera — Шлем.
4. Right/Left Controller — Правый/левый контроллер.

Создаем выше представленную структуру из пустых объектов c добавлением скриптов, представленных на фотографиях. Указываем места расположения объектов ввода из набора XR Interaction Toolkit.

В Camera Offset добавляем Camera, чтобы видеть изображение на шлеме. Также можно добавить драйвера для отслеживания камеры. На контроллеры добавляем драйвера отслеживания, далее добавляем объект для их видимости.
Чтобы прикрепить объект к контроллерам, создаем фигуру и перетаскиваем ее на контроллеры. По желанию можно создать материал и перекрасить фигуры. Базовые компоненты на этом заканчиваются.
 

В заключении индивидуального проекта по информатике на тему "Создание VR среды и ознакомление с VR на игровом движке Unity", могу сказать, что поставленной во введении цели я добился. Проанализировав информацию в Интернете и предоставив её на понятном языке, я рассказал о VR, об обширности его использования в современном мире.

Думаю, на своём примере я смог доказать, что даже человек без великих навыков и большим багажом знаний о Unity при особом желании спокойно может создать свой проект за небольшой промежуток времени.

Эту работу, по моему мнению, можно использовать для мотивации сомневающихся в себе людей. Это может относиться не только к VR разработке, но и к любому другому делу. Ошибаться – это не постыдно, а пробовать что-то новое, даже кажущееся очень сложным и непостижимым – интересно.
Мне понравилось работать над этим проектом, и в будущем я планирую продолжать изучение Unity, хотя бы на уровне хобби.
 

1. Как начать разработку под VR на Unity? Первые шаги. [Электронный ресурс] - Режим доступа: https://www.youtube.com/watch?v=1uZt2riAWUQ
2. Unity - Manual: XR Utility Toolkit [Электронный ресурс] - Режим доступа: https://docs.unity3d.com/Manual/com.unity.xr.interaction.toolkit.html
3. Namespace UnityEngine.XR.Interaction.Toolkit [Электронный ресурс] - Режим доступа: https://docs.unity3d.com/Packages/com.unity.xr.interaction.toolkit@3.0/api/UnityEngine.XR.Interaction.Toolkit.html
4. Технологии виртуальной реальности: перспективы и риски [Электронный ресурс]/ Автор: Редакция сайта GeekBrains. Статья от 30.05.2022 - Режим доступа: https://gb.ru/blog/tehnologii-virtualnoj-realnosti/
5. Технологии виртуальной реальности: что это, как работает VR [Электронный ресурс]/ Автор: Александра Патрушева, Анастасия Павлова. Статья от 19.04.2024- Режим доступа: https://practicum.yandex.ru/blog/tehnologii-virtualnoy-realnosti/
6. VR очки для ПК - какие выбрать для максимального погружения в виртуальную реальность [Электронный ресурс]/ Статья - Режим доступа: https://chistnebo.ru/blog/sovety-pokupatelyam/vr-ochki-dlya-pk-kakie-vybrat-dlya-maksimalnogo-pogruzheniya-v-virtualnyy-mir/
7. Основные компоненты vr-системы: что входит в комплектацию? [Электронный ресурс]/ Статья - Режим доступа: https://vr-app.ru/blog/osnovnye-komponenty-vr-sistemy/?ysclid=maigw6gkn026752907
8. Уровни виртуальной реальности: погружение в новый мир [Электронный ресурс]/ Статья - Режим доступа: https://vr-app.ru/blog/urovni-virtualnoi-realnosti/