Développement d’un jeu vidéo de réalité virtuelle pour simuler les courants de déchirure

Résumé

Les courants de déchirure sont parmi les plus meurtriers des risques météorologiques aux États-Unis. Afin de démontrer les mesures appropriées à prendre lorsqu’il est pris dans un courant de déchirure d’une manière mémorable et engageante, un jeu vidéo de réalité virtuelle est développé.

Résumé

Les amateurs de plage aux États-Unis font face à de nombreux dangers différents, mais les courants de déchirure sont chaque année les plus meurtriers pour les nageurs océaniques. Malgré le risque présenté par les courants de déchirure, il est évident que le public a une compréhension limitée de leur danger et des mesures d’atténuation appropriées à prendre lorsqu’il est pris dans un. Un jeu vidéo de réalité virtuelle (VR) plaçant les participants dans un courant de déchirure simulé a été développé pour aider à améliorer ce problème. Le jeu VR a été utilisé pour sonder les amateurs de plage sur la côte atlantique de Long Island, New York, en juillet et août 2019. Les actions que les participants ont prises lorsqu’ils ont été confrontés au courant de déchirure ont été enregistrées, ainsi que s’ils s’y sont échappés ou se sont noyés. Une entrevue avec chaque joueur a également été menée après qu’ils ont participé au jeu pour déterminer le réalisme de la simulation de courant rip et son efficacité à démontrer les actions appropriées à prendre lorsqu’ils sont touchés par un. L’analyse de ces résultats indique que la VR a le potentiel de communiquer le risque actuel et les moyens de le minimiser d’une manière unique et engageante. Cependant, d’autres travaux sont nécessaires pour améliorer la facilité d’utilisation de la simulation vr et mieux comprendre comment des facteurs tels que la démographie influencent le risque perçu rip courant et la réponse comportementale.

Introduction

Les courants de déchirure sont « des débits d’eau forts et étroits qui s’étendent loin de la plage¹». Les courants de déchirure peuvent généralement se produire sur n’importe quelle plage avec des vagues de rupture et peuvent transporter des nageurs rapidement loin du rivage. Les courants de déchirure dangereux peuvent se produire sur les jours de plage apparemment « ûr » avec des hauteurs de vagues de seulement 2 à 3 pieds², et peut donc surprendre les nageurs car ils sont transportés à une distance considérable de la rive. Cela met les nageurs à risque de panique, d’épuisement et même de noyade. En conséquence, les courants de déchirure sont l’une des principales causes de décès par les intempéries aux États-Unis. Par exemple, en 2018, 71 décès ont été attribués à des courants de déchirure, et pour la période de 10 ans 2009-2018, une moyenne de 58 personnes ont péri chaque année³. Les courants de déchirure sont le principal danger pour les amateurs de plage; en 2018, les décès actuels de rip représentaient 65 % de tous les décès dans les zones de surf aux États-Unis. Il semble y avoir un certain contrôle démographique sur la vulnérabilité actuelle rip, comme une étude a constaté que les hommes sont plus de six fois plus susceptibles que les femmes de se noyer à partir de courants de déchirure que les femmes⁴. En outre, des recherches supplémentaires ont révélé que les utilisateurs peu fréquents de la plage sont plus susceptibles de faire des choix de sécurité plus pauvres^{plage 5} et que les non-locaux sont considérablement plus susceptibles que les habitants de subir des blessures dans la zone de surf^6,7.

Néanmoins, malgré leur place parmi les risques météorologiques les plus meurtriers aux États-Unis, les courants de déchirure sont mal compris par le public. Une enquête menée auprès de 392 usagers de plage publiques au Texas a déterminé que seulement 13 % pouvaient identifier correctement un courant de déchirure à partir de photographies qui leur ont été présentées⁸, tandis que des résultats similaires ont été trouvés dans des études menées à Pensacola Beach, en Floride⁹ (15 %) et Miami Beach, Floride¹⁰ (27%). Plus largement, Houser et coll. (2017)⁵ ont réalisé un sondage sur Internet auprès de 1622 répondants dans 49 des 50 États américains et ont constaté que 54 % des participants avaient correctement signalé une mesure à prendre lorsqu’ils étaient pris dans un courant de déchirure. Toutefois, la nature auto-sélectionnée de l’échantillon de l’enquête a dicté que seulement 10 % de l’échantillon était peu fréquent chez les usagers de la plage, qui sont les plus vulnérables aux courants de déchirure et qui ont été montrés dans l’enquête pour avoir moins de connaissances sur ce qu’il fallait faire dans l’un d’eux.

Il est clair que les courants de déchirure présentent un défi unique, étant donné qu’ils sont mal compris par le public, peut se produire soudainement sur de petites échelles avec un minimum ou aucun avertissement préalable, et peut entraîner la mort. Par conséquent, de nouvelles approches sont nécessaires pour relever ce défi en matière de sécurité publique. La technologie immersive telle que la réalité virtuelle (VR) offre une approche innovante pour augmenter la littératie actuelle et encourager un comportement positif à l’impact. Des recherches antérieures ont indiqué que la VR et d’autres types semblables de médias immersifs sont très efficaces pour communiquer l’information. La VR est généralement définie comme une expérience interactive qui se déroule dans un environnement simulé qui intègre la rétroaction auditive et visuelle, généralement avec l’aide d’un casque. Une étude récente¹¹ a affirmé que la VR est une technologie mature, bien adaptée pour aider au processus d’enquête scientifique. En outre, d’autres recherches récentes¹² ont montré que lorsque les individus lisent une histoire du New York Times avec un supplément VR, ils étaient plus susceptibles de percevoir la source comme étant crédible, rappeler l’information présentée, le partager avec d’autres, et se sentir un lien émotionnel, que ceux qui lisent l’article dans les médias traditionnels, avec juste du texte et des graphiques. D’autres études^13,14 ont conclu que les médias immersifs favorisent l’éducation en augmentant l’engagement et l’applicabilité réelle d’un sujet. Plus récemment, les chercheurs^{de 15 ont} utilisé la VR pour simuler l’arrivée d’un ouragan de catégorie 3 et ont déterminé que les répondants à l’enquête qui regardaient la VR étaient beaucoup plus susceptibles d’envisager l’évacuation que ceux qui ne regardaient que des textes traditionnels et des produits graphiques. Malgré son utilité claire, aucune étude ou initiative n’a montré de manière exhaustive comment la VR peut être appliquée efficacement au défi unique de former les utilisateurs de plage pour mieux localiser et réagir aux courants de déchirure. Le travail actuel comble cette lacune de recherche en enseignant d’abord aux individus comment nager et agiter dans un environnement océanique virtuel, puis en évaluant comment ils réagissent à l’apparition soudaine et non-mise en colère d’un courant de déchirure. Les participants ont été formés à la fois à la natation et en agitant pour obtenir de l’aide parce que chacune de ces actions sont considérées comme des réponses valides lorsqu’ils sont pris dans un courant de déchirure^16,17, avec des conditions particulières à une déchirure individuelle souvent dicter quelle action pourrait être le plus efficace pour faciliter l’évasion¹⁸. Nous supposons que la nature réaliste et mémorable d’une simulation de courant de déchirure VR permettra aux participants de prendre avec succès des mesures d’évitement dans le jeu virtuel et ensuite signaler que l’expérience a amélioré leurs connaissances des risques et des mesures d’atténuation du courant.

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Protocole

Toutes les méthodes utilisées ont été approuvées par le Hofstra University Institutional Research Board (IRB). Le jeu vidéo VR développé a été utilisé pour sonder 64 personnes.

REMARQUE : Les scripts ont été écrits dans la langue C# et peuvent être téléchargés à l’adresse suivante : https://github.com/Jasebern/HofstraVR.

1. Création de VR rip jeu vidéo actuel: Environnement virtuel et entrée utilisateur / sortie

1. Plate-forme de développement VR ouverte (p. ex., Unity¹⁸). Cette procédure a été achevée dans Unity 2018.3.1f1.
   1. Démarrer un nouveau projet 3D intitulé 'Rip Current'. Un projet 3D contient une ou plusieurs scènes comprenant des « bjets de je » qui peuvent apparaître sous forme d’objets solides¹⁹. Des scripts peuvent être ajoutés aux objets de jeu permettant l’interactivité et les modifications en temps réel de l’environnement. Ce projet contiendra quatre scènes et de nombreux objets de jeu.
   2. Ouvrez l’onglet Magasin d’actifs Unity. Il contient des ' préfabriqués'- des collections déjà créées d’objets de jeu 2D et 3D et de fichiers audio -- développées par d’autres utilisateurs qui peuvent être ajoutées au projet²⁰.
   3. Importez l’actif « ntégration Oculu » du Magasin d’actifs Unity qui fournit des actifs fondamentaux pour le développement vr.
2. Créer la première nouvelle scène : Menu principal (Figure 1).
   1. Utiliser les actifs | Créer | Couche de terrain, puis ajouter une coloration appropriée pour créer un actif de terrain vert vallonné comme un arrière-plan attrayant pour la scène du menu principal.
   2. Utiliser GameObject | Interface utilisateur | Canvas pour ajouter une nouvelle toile, intitulée Menu principal, avec une zone de texte pour le titre VR Simulation. Une toile est un objet de jeu qui stocke le texte et les boutons permettant l’interaction utilisateur et les événements spécifiés dans la simulation en fonction de cette entrée⁴.
   3. Attachez des scripts, écrits dans la langue C#, à un objet de jeu. Ajoutez le script en sélectionnant l’objet de jeu cible souhaité dans la hiérarchie de la scène. Ensuite, sous l’onglet Inspecteur, sélectionnez Ajouter un composant | Nouveau script, et entrez le titre du script souhaité.
   4. Suivez la procédure ci-dessus pour ajouter le script intitulé MainMenu à la toile du menu principal.
      REMARQUE : Veuillez consulter le tableau 1 pour le titre et la fonction de tous les scripts utilisés.
   5. Utiliser GameObject | Interface utilisateur | Bouton pour ajouter quatre boutons de texte à la toile : Démarrer, Options, À proposde , et Quitter. Appelez la fonction appropriée à partir des scripts MainMenu et MouseHover lorsqu’un bouton est sélectionné.
3. Créez la deuxième nouvelle scène : Essai de bouée (Figure 2).
   1. Téléchargez l’actif Realistic Water du Magasin d’actifs Unity et ajoutez le préfabriqué Sea à la scène.
      1. Ajoutez un fichier audio d’ondes océaniques au préfabriqué sea en boucle. Ajouter à partir de l’onglet Inspecteur en sélectionnant Ajouter un composant | Source audio.
   2. Utilisez l’outil de calque de terrain comme ci-dessus pour créer un objet de jeu nommé Beach. Dans les options Terrain de l’onglet Inspecteur, utilisez l’outil Terrain de peinture et paramètres de terrain pour coiffer et colorer comme sable.
   3. Téléchargez le package Actifs standard à partir du Magasin d’actifs Unity et ajoutez le préfab du joueur à la scène. Le préfab du joueur comprend une caméra qui est intégrée dans le Joueur, suivant ainsi ses mouvements pour créer la sensation que le participant du jeu contrôle le joueur.
      1. Comme effectué ci-dessus, ajoutez les scripts PlayerController, PlayerMotor, PlayerMotor2 et FloatObject au préfab player. Ces scripts permettent au participant au jeu de contrôler le préfab player à l’aide des contrôleurs Oculus VR.
      2. Ajouter une animation à l’appareil photo en sélectionnant Actifs | Créer | Contrôleur d’animateur. Utilisez la fenêtre Animateur pour enregistrer une animation de la caméra qui se lève et descend et la régler en boucle en continu. Cela simule une personne qui se maintient à flot dans l’océan.
      3. Comme cela a été effectué ci-dessus, ajoutez une toile intitulée TextCanvas. Child TextCanvas au Joueur en le faisant glisser dans le joueur de la hiérarchie. Un objet de jeu enfant hérite des propriétés de mouvement et de rotation de l’objet de jeu parent. Ajoutez le texte « Nagez à travers les bouées » à TextCanvas. Enregistrez un fichier audio lisant ce texte, ajoutez-le à TextCanvas tel qu’il a été exécuté ci-dessus et définissez-le pour qu’il soit lu au début de la scène.
      4. Définissez l’emplacement du joueur en naviguant à l’onglet Inspecteur et en ajustant la position dans les options Transformer. Définissez l’emplacement du joueur sur X=-23.44, Y=1 et Z=5,97.
   4. Téléchargez le pack MAINS VR et FP Arms à partir du Magasin d’actifs Unity et comme au-dessus de l’enfant le préfabriqué « FP_Character » sur le lecteur. Cela permettra aux bras de se déplacer avec le joueur et aussi bob de haut en bas avec la caméra du joueur.
      1. Choisissez le préfabriqué souhaité en le sélectionnant dans la hiérarchie et en cochant la case à côté de son nom. Le préfabriqué FP_Character contient des préfabriqués mâles et femelles, chacun contenant deux bras, à gauche et à droite.
   5. Ajoutez un nouvel objet de jeu en cliquant avec le bouton droit dans la hiérarchie et en sélectionnant Créer un vide. Nommez le point de contrôledes objets de jeu .
   6. Téléchargez l’actif Simple Buoy de Unity Asset Store et ajoutez le préfabriqué Buoy à la scène en tant qu’enfant du checkpoint. Dupliquer le préfabriqué de la bouée en cliquant avec le bouton droit dessus et en sélectionnant Dupliqué. Nommez une « bouée L » et l’autre « bouée R », et placez-les 4 unités partie dans l’axe X en ajustant la position de transformation de chacune d’elles comme ci-dessus. Définissez l’emplacement de la bouée L à X=-2, Y=0 et Z=0, et l’emplacement de la bouée R à X=2, Y=0, Z=0.
      1. Sous l’onglet Inspecteur de l’objet de jeu Checkpoint, sélectionnez Ajouter un composant | Physique | Collisionneur de boîte. Sélectionnez Ensuite, sélectionnez Modifier le collisionneur et dessinez le collisionneur entre les deux bouées.
      2. Comme ci-dessus, ajoutez le script Checkmark à l’objet checkpoint game. Le script quitte la scène une fois que le joueur y entre (c.-à-d. nage à travers les bouées) et passe à la scène suivante.
4. Créer la troisième nouvelle scène : Wave Test (Figure 3) en sélectionnant Fichier | Enregistrer comme tout en restant dans la scène d’essai de bouée et le renommer.
   1. Supprimez l’objet de jeu checkpoint en cliquant avec le bouton droit dans la hiérarchie et en sélectionnant Supprimer.
   2. Ajoutez un simple bateau en bois à la scène en téléchargeant l’ancien bateau en bois en ligne v2 de l’Unité Asset Store et ajoutez le préfabriqué boat à la scène. Ajuster la position de transformation du bateau comme ci-dessus à X=-12, Y=-0,16 et Z=14,66.
   3. Téléchargez l’actif Low Poly Animated People à partir du Magasin d’actifs Unity et ajoutez le préfabriqué Kid à la scène. Dupliquer le préfabriqué Kid comme ci-dessus et l’enfant à la fois au préfabriqué bateau, renommer l’objet de jeu en bateau avec les enfants, et de localiser les deux enfants sur le dessus des deux sièges dans le bateau.
   4. Comme ci-dessus, ajouter un animateur au bateau avec des enfants Game Object, et enregistrer une animation du bateau qui tourne lentement autour de l’eau, émulant une chaloupe se déplaçant lentement autour.
   5. Accédez au préfab du joueur et à ses enfants dans la fenêtre Hiérarchie et renommez la main gauche en « main d’onde ».
      1. Comme ci-dessus, ajoutez un animateur à la main d’onde et enregistrez une animation du bras et de la main se déplaçant de haut en bas simulant une onde de main.
      2. Comme ci-dessus, dans l’onglet Inspecteur pour l’objet de jeu de joueur, ajoutez une source audio avec un clip audio d’une main éclaboussant dans l’eau, distinct du clip de deux bras éclaboussures dans l’eau ajoutée plus tôt.
      3. Comme ci-dessus, ajoutez le script FemaleAnimate à la main d’onde, pour permettre au participant du jeu de contrôler l’onde de main à l’aide des contrôleurs Oculus.
   6. Ajustez le texte de TextCanvas pour lire « Vague aux gens sur le bateau ! », enregistrez un fichier audio lisant ce texte et définissez-le pour qu’il soit lu au début de la scène.
   7. Basé sur le script PlayerMotor2, dès que le participant voit le bateau et les vagues, Unity passe à la scène Rip Current.
5. Créer la quatrième nouvelle scène: Rip Current (Figure 4).
   1. Ajustez le texte de TextCanvas pour lire « Vous êtes tiré du rivage ! » et, comme vous le faites ci-dessus, enregistrez un fichier audio qui lit ce texte, ajoutez-le à TextCanvaset définissez-le pour qu’il soit lu au début de la scène.
      REMARQUE : N’affirmez pas explicitement que le participant connaît un courant de déchirure, afin de simuler avec la plus grande précision le fait d’être pris de façon inattendue dans un courant de déchirure.
   2. Comme ci-dessus, créez un nouvel objet de jeu dans la hiérarchie nommée rip_collider et ajoutez un collisionneur de boîte . Pour utiliser rip_collider pour émuler un courant de déchirure comme un canal étroit de flux s’étendant de la plage dans l’océan, utilisez transformer pour définir la position à X, =251, Y=1, Z=251, et changer l’échelle en X =8.2 et Z=35.7 pour créer des dimensions appropriées. Le script PlayerMotor2 simule également un courant de déchirure en tirant constamment le joueur perpendiculaire (loin) de la rive (c.-à-d. le terrain de plage). Ce courant de déchirure est une force constante 1,25 fois plus forte que les mouvements de natation du joueur normal.
      1. Sélectionnez GameObject | Effets | Système de particules pour ajouter un nouveau système de particules, intitulé « rain Deu », et l’enfant à rip_collider. Un système de particules émule les entités liquides en 3D comme la pluie et les nuages. Le système de particules est utilisé pour simuler l’eau mousseuse, ce qui aide à délimiter un courant de déchirure dans l’eau de l’océan. Pour ce faire, dans l’onglet Inspecteur, définissez la position de transformation sur X=0, Y=3 et Z=0,97, et l’échelle X=0,1 et Z=0.1, afin d’intégrer les particules dans le canal de courant de déchirure.
   3. Comme ci-dessus, utilisez l’onglet Inspecteur pour ajouter le script RipExit à l’objet de jeu rip_collider. Le script indique si le joueur échappe au courant de déchirure (c.-à-d. quitte le rip_collider collisionneur).
      REMARQUE : Comme décrit dans le tableau 1, le script PlayerMotor2 contrôle la plupart des aspects de la scène Rip Current, en quittant la scène et en revenant à la scène du menu principal une fois que l’une des conditions suivantes est remplie :
      -- Ondes de joueurs
      -- Le joueur sort rip_collider
      -- L’endurance atteint zéro
      Le script écrit également les résultats de l’interaction du joueur dans la scène dans un fichier, utilisé pour une analyse ultérieure des données sur les interactions globales des participants avec le courant de déchirure.
6. Pour construire le projet final, sélectionnez Fichier | Créez des paramètres et assurez-vous que les quatre scènes créées sont cochées et dans le bon ordre. Sélectionnez ensuite le PC de plate-forme, Mac & Linux Standalone et sélectionnez Build. Cela invite une fenêtre de sélection pour un dossier de sortie de génération. Sélectionnez un dossier approprié (c.-à-d. 'Bureau') puis créez. Cela créera un raccourci de fichier exécutable dans le dossier souhaité intitulé 'Rip Current'.

2. Enquête des individus avec le VR rip jeu vidéo actuel

1. Ouvrez le logiciel 'Oculus' à l’aide du raccourci de bureau, puis réglez le matériel via le programme. Assurez-vous que le casque, deux capteurs et deux contrôleurs sont tous en vert (figure 5).
   1. Déterminer un lieu d’enquête et une méthode de recrutement. Dans cette étude, l’échantillonnage pratique a été utilisé. Les chercheurs ont visité une plage publique deux fois par semaine pendant huit semaines en juillet et août et ont sollicité des participants potentiels pendant qu’ils marchaient le long de la promenade de la plage. En plus d’être âgé d’au moins 16 ans, il n’y avait pas d’autre exigence que la volonté de participer.
2. Administrer la première partie de l’enquête (formulaire de consentement et questions démographiques) sur un iPad distinct.
3. Remettre les contrôleurs VR au participant et s’assurer qu’ils les tiennent correctement dans les bonnes mains, et sont familiers / confortables avec les commandes, puis placez le casque sur le participant.
4. Sélectionnez et exécutez le raccourci Rip Current à partir du Bureau.
5. Permettre au participant de passer par la simulation, en fournissant des conseils ou des conseils uniquement lorsque cela est nécessaire. Ils devraient compléter la scène principale rip courant sur leur propre.
6. Une fois qu’ils ont terminé, retirez le casque et commencez la deuxième partie de l’enquête, la partie entrevue.
7. Branchez un microphone sur une tablette et commencez à enregistrer. Posez des questions sur les connaissances préalables et l’expérience avec les courants de déchirure et l’efficacité de la simulation rip current à démontrer les actions appropriées à prendre, ainsi que la notation de son réalisme et la nature immersive.
8. Une fois l’entrevue terminée, arrêtez l’enregistrement, remerciez le participant et offrez une compensation au désir. Enregistrez le fichier d’entrevue avec le nom correspondant à la date et le numéro de joueur tel qu’enregistré dans la scène Rip Current.

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Résultats

L’enquête sur les jeux vidéo en cours a été réalisée en juillet et août 2019 à Long Island, à la ville de Hempstead Beach, à Point Lookout, dans l’État de New York (les résultats détaillés peuvent être trouvés dans le tableau supplémentaire 1-3). 64 personnes ont joué le jeu et ont répondu à l’enquête, avec 60 échapper au courant de déchirure et 4 noyades (c.-à-d. l’endurance a atteint zéro). Parmi les 60 personnes qui se sont échappées, 51 sont sorties en agitant de l?...

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Discussion

L’analyse préliminaire des résultats de l’enquête de suivi démontre que le vr rip jeu vidéo actuel a été généralement efficace pour dépeindre avec précision le risque et démontrer les mesures appropriées à prendre d’une manière engageante et mémorable. Les répondants aux questions à l’échelle de Likert ont indiqué que la simulation de VR les a amenés à se sentir plus préparés qu’à un courant de déchirure et qu’elle était assez immersive. En outre, les résultats du choix de l’une ...

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matériels

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Dell 17.3" Alienware 17 R5 Laptop	Dell		PC for virtual reality development
Oculus Rift S	Oculus		Virtual reality headset