Sviluppo di un videogioco di realtà virtuale per simulare le correnti di rip

Riepilogo

Le correnti di strappo sono tra i pericoli meteorologici più letali negli Stati Uniti. Al fine di dimostrare le azioni appropriate da intraprendere quando catturati in una corrente di strappo in modo memorabile e coinvolgente, viene sviluppato un videogioco di realtà virtuale.

Abstract

I bagnanti negli Stati Uniti affrontano molti pericoli diversi, ma le correnti di strappo sono ogni anno le più letali per i nuotatori oceanici. Nonostante il rischio rappresentato dalle correnti di strappo, è evidente che il pubblico ha una comprensione limitata del loro pericolo e delle azioni di mitigazione adeguate da intraprendere quando viene catturato in uno. Per migliorare questo problema è stato sviluppato un videogioco di realtà virtuale (VR) che colloca i partecipanti in una corrente di strappo simulata. Il gioco VR è stato utilizzato per ispezionare i bagnanti sulla costa atlantica di Long Island, New York nei mesi di luglio e agosto 2019. Le azioni intraprese dai partecipanti di fronte alla corrente di strappo sono state registrate, insieme al fatto che siano fuggiti o annegati. Un'intervista con ogni giocatore è stata condotta anche dopo aver partecipato al gioco per determinare il realismo della simulazione corrente rip e la sua efficacia nel dimostrare le azioni appropriate da intraprendere quando influenzato da uno. L'analisi di questi risultati indica che la realtà virtuale ha il potenziale per comunicare il rischio corrente di strappo e modi per minimizzarlo in modo unico e coinvolgente. Tuttavia, è necessario ulteriore lavoro per migliorare la facilità d'uso della simulazione VR e comprendere meglio come fattori come i dati demografici influenzano il rischio corrente percepito e la risposta comportamentale.

Introduzione

Le correnti di strappo sono "forti e strette flussi d'acqua che si estendono lontano dalla spiaggia^1." Le correnti di strappo possono verificarsi comunemente su qualsiasi spiaggia con onde che si infrangono e possono trasportare i nuotatori rapidamente lontano dalla riva. Le correnti di strappo pericolose possono verificarsi in giornate di spiaggia apparentemente "sicure" con altezze d'onda di soli 2 a^{3 piedi 2}, e quindi possono sorprendere i nuotatori in quanto sono trasportati a notevole distanza dalla riva. Questo mette i nuotatori a rischio di panico, esaurimento, e anche annegamento. Di conseguenza, le correnti di strappo sono una delle principali cause di vittime meteorologiche negli Stati Uniti. Ad esempio, nel 2018, 71 decessi sono stati attribuiti alle correnti di strappo, e per il periodo di 10 anni 2009-2018, una media di 58 individui è morta ogni anno³. Le correnti di strappo sono il pericolo principale per i bagnanti; nel 2018, i decessi per rip attuali hanno rappresentato il 65% di tutti i decessi nella "zona di surf" negli Stati Uniti. Sembra esserci un certo controllo demografico sulla vulnerabilità di rip corrente, come uno studio ha trovato che gli uomini sono più di sei volte più probabilità rispetto alle femmine di annegare dalle correnti di strappo rispetto alle femmine⁴. Inoltre, ulteriori ricerche hanno scoperto che gli utenti di spiaggia poco frequenti sono più propensi a fare scelte di sicurezza spiaggia più^{poveri 5 e} che i non locali sono considerevolmente più probabilità rispetto alla gente del posto di sostenere lesioni nella zona di surf^6,7.

Tuttavia, nonostante il loro posto tra i pericoli meteorologici più letali negli Stati Uniti, le correnti di strappo sono scarsamente comprese dal pubblico. Un sondaggio condotto su 392 utenti di spiaggia pubblica in Texas ha determinato che solo il 13% poteva identificare correttamente una corrente di strappo dalle fotografie presentate loro⁸, mentre risultati simili sono stati trovati in studi condotti a Pensacola Beach, Florida⁹ (15%) e Miami Beach, Florida¹⁰ (27%). Più in generale, Houser et al (2017)^{5 ha effettuato} un sondaggio basato su Internet con 1622 intervistati in 49 dei 50 stati degli Stati Uniti e ha scoperto che il 54% dei partecipanti ha segnalato correttamente un'azione da intraprendere quando viene catturato in una corrente di strappo. Tuttavia, la natura autoso scegliere del campione dell'indagine ha stabilito che solo il 10% del campione era poco frequente utilizzatore di spiaggia, che sono più vulnerabili alle correnti di strappo e sono stati mostrati nell'indagine per possedere meno conoscenza di cosa fare in uno.

È chiaro che le correnti di strappo presentano una sfida unica, dato che sono poco comprese dal pubblico, possono verificarsi improvvisamente su piccole scale con un preavviso minimo o nessun precedente e possono provocare la morte. Sono quindi necessari nuovi approcci per affrontare questa sfida di sicurezza pubblica. La tecnologia immersiva come la realtà virtuale (VR) fornisce un approccio innovativo per aumentare l'alfabetizzazione attuale e incoraggiare un comportamento positivo al momento dell'impatto. Ricerche precedenti hanno indicato che la realtà virtuale e simili tipi di supporti immersivi sono altamente efficaci nel comunicare le informazioni. La realtà virtuale è generalmente definita come un'esperienza interattiva che si svolge all'interno di un ambiente simulato che incorpora feedback uditivo e visivo, di solito con l'assistenza di un auricolare. Uno studio recente¹¹ ha affermato che la realtà virtuale è una tecnologia matura, adatta per assistere nel processo di indagine scientifica. Inoltre, altre recenti ricerche^{12 hanno} mostrato che quando gli individui leggono una storia del New York Times con un supplemento VR, erano più propensi a percepire la fonte come credibile, ricordare le informazioni presentate, condividerle con gli altri e sentire una connessione emotiva, rispetto a coloro che leggono l'articolo nei media tradizionali, con solo testo e grafica. Ulteriori studi^{13,14 hanno} concluso che i media immersivi promuovono l'istruzione aumentando l'impegno e l'applicabilità del mondo reale di un argomento. Più di recente, i^{ricercatori 15} hanno sfruttato la realtà virtuale per simulare un atterraggio di uragano di categoria 3 e hanno determinato che gli intervistati che visualizzano la realtà virtuale erano significativamente più propensi a prendere in considerazione l'evacuazione rispetto a quelli che visualizzano solo testo e prodotti grafici tradizionali. Nonostante la sua chiara utilità, nessuno studio o iniziativa ha dimostrato in modo completo come la realtà virtuale possa essere applicata in modo efficace alla sfida unica di addestrare gli utenti della spiaggia a individuare e reagire meglio alle correnti di strappo. Il lavoro attuale colmo tale lacuna di ricerca insegnando prima agli individui come nuotare e onde in un ambiente oceanico virtuale e poi valutando come reagiscono all'insorgenza improvvisa e non avvertita di una corrente di strappo. I partecipanti sono stati addestrati sia nel nuoto che nell'agitazione per chiedere aiuto perché ciascuna di queste azioni è considerata come una risposta valida quando sono intrappolati in una corrente di strappo^16,17, con condizioni particolari per uno strappo individuale spesso dettando quale azione potrebbe essere più efficace nel facilitare la fuga¹⁸. Ipotifiiamo che la natura realistica e memorabile di una simulazione corrente di strappo VR consentirà ai partecipanti di intraprendere con successo un'azione evasiva nel gioco virtuale e quindi riferire che l'esperienza ha migliorato la loro conoscenza del rischio e della mitigazione attuali.

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Protocollo

Tutti i metodi utilizzati sono stati approvati dall'Hofstra University Institutional Research Board (IRB). Il videogioco VR sviluppato è stato utilizzato per esaminare 64 individui.

NOTA: gli script sono stati scritti nel linguaggio C , e sono disponibili per il download all'indirizzo: https://github.com/Jasebern/HofstraVR.

1. Creazione di VR rip videogioco corrente: Ambiente virtuale e input utente / uscita

1. Piattaforma di sviluppo Open VR (ad esempio, Unity¹⁸). Questa procedura è stata completata in Unity 2018.3.1f1.
   1. Avviare un nuovo progetto 3D intitolato 'Rip Current'. Un progetto 3D contiene una o più scene composte da "oggetti di gioco" che possono essere visualizzati come oggetti solidi¹⁹. Gli script possono essere aggiunti agli oggetti di gioco consentendo l'interattività e le modifiche in tempo reale all'ambiente. Questo progetto conterrà quattro scene e numerosi oggetti di gioco.
   2. Aprire la scheda Unity Asset Store. Questo contiene 'prefabs'-- raccolte già create di oggetti di gioco 2D e 3D e file audio - sviluppati da altri utenti che possono essere aggiunti al^{progetto 20}.
   3. Importa la risorsa "Oculus Integration" dall'Unity Asset Store che fornisce risorse fondamentali per lo sviluppo della realtà virtuale.
2. Creare la prima nuova scena: Menu principale (Figura 1).
   1. Utilizzo delle risorse Proprietà Create . Terrain Layer e quindi aggiungere la colorazione appropriata per creare una risorsa terreno verde collinare come sfondo attraente per la scena del menu principale.
   2. Utilizzare GameObject . Proprietà UI . Area di disegno per aggiungere una nuova area di disegno, denominata Menuprincipale , con una casella di testo per il titolo Simulazione VR. Un canvas è un oggetto di gioco che memorizza testo e pulsanti che consentono l'interazione dell'utente e gli eventi specificati nella simulazione in base a tale input⁴.
   3. Allegare script, scritti nel linguaggio C , a un oggetto di gioco. Aggiungere lo script selezionando l'oggetto gioco di destinazione desiderato nella gerarchia della scena. Quindi, nella scheda Ispettore, selezionare Aggiungi componente . Nuovo scripte immettere il titolo dello script desiderato.
   4. Seguire la procedura precedente per aggiungere lo script denominato MainMenu all'area di disegno del menu principale.
      NOTA: Vedere la tabella 1 per il titolo e la funzione di tutti gli script utilizzati.
   5. Utilizzare GameObject . Proprietà UI . Pulsante per aggiungere quattro pulsanti di testo all'area di disegno: Start, Options, Aboute Quit. Chiamare la funzione appropriata dagli script MainMenu e MouseHover quando viene selezionato un pulsante.
3. Creare la seconda nuova scena: Test di boa (Figura 2).
   1. Scarica la risorsa Realistic Water dall'Unity Asset Store e aggiungi il prefabbricato Sea alla scena. Sea
      1. Aggiungere un file audio di onde oceaniche al prefabbricato del mare in loop. Aggiungi dalla scheda Ispettore selezionando Aggiungi componente . Sorgente audio.
   2. Utilizzare lo strumento livello terreno come sopra per creare un oggetto gioco denominato Spiaggia. Nelle opzioni Terreno della scheda Inspector, utilizzare lo strumento Impostazioni terreno e terreno per applicare uno stile e un colore come sabbia.
   3. Scarica il pacchetto Risorse standard da Unity Asset Store e aggiungi il prefabbricato del giocatore alla scena. Player Il Player prefabbricato del giocatore include una telecamera che è incorporata all'interno del giocatore, seguendo così i suoi movimenti per creare la sensazione che il partecipante al gioco sta controllando il giocatore.
      1. Come eseguito in precedenza, aggiungere gli script PlayerController, PlayerMotor, PlayerMotor2 e FloatObject al prefabbricato del lettore. Player Tali script consentono al partecipante al gioco di controllare il prefabbricato del giocatore utilizzando i controller Oculus VR.
      2. Aggiungere un'animazione alla videocamera selezionando Risorse . Proprietà Create . Controller Animatore. Utilizzate la finestra Animatore per registrare un'animazione della videocamera su e giù e impostarla in modo che ruoti continuamente. Questo simula una persona che tiene a galla nell'oceano.
      3. Come eseguito in precedenza, aggiungere un canvas denominato TextCanvas. Testo figlioCanva al lettore trascinandolo nel lettore nella gerarchia. Un oggetto gioco figlio eredita le proprietà di spostamento e rotazione dell'oggetto gioco padre. Aggiungere il testo "Swim through the buoys" a TextCanvas. Registrare un file audio che legge il testo, aggiungerlo a TextCanvas come eseguito in precedenza e impostarlo in modo che sia riprodotto all'inizio della scena.
      4. Impostare la posizione del lettore passando alla scheda di ispezione e regolando la posizione nelle opzioni di trasformazione. Impostare la posizione del giocatore su X-23.44, Y- 1 e 5,97.
   4. Scarica il VR Hands e FP Arms Pack dall'Unity Asset Store e come sopra bambino il prefabbricato 'FP_Character' al giocatore. Questo permetterà alle braccia di muoversi con il giocatore e anche bob su e giù con la fotocamera del giocatore.
      1. Scegliere il prefabbricato desiderato selezionandolo nella gerarchia e selezionando la casella accanto al nome. Il FP_Character prefabbricato contiene prefabbricati sia maschili che femminili, ciascuno contenente due braccia, sinistra e destra.
   5. Aggiungere un nuovo oggetto di gioco facendo clic con il pulsante destro del mouse nella gerarchia e selezionando Crea vuoto. Denominare l'oggetto gioco Checkpoint.
   6. Scarica la risorsa Simple Buoy da Unity Asset Store e aggiungi il prefabbricale Buoy alla scena come figlio del Checkpoint. Duplicare il prefabbricato Buoy facendo clic destro su di esso e selezionando Duplica. Denominare una "buoy L" e l'altra "buoy R" e posizionarle 4 unità nell'asse X regolando la posizione di trasformazione di ciascuna come sopra. Impostare la posizione per la boa L a X, Y e 0 e la posizione per la boa R a X, Y, 0, 0.
      1. Nella scheda Inspector per l'oggetto gioco Checkpoint, selezionare Aggiungi componente . Fisica Box Collidor. Quindi, selezionare Modifica Collisore e disegnare il collisore tra le due boe.
      2. Come sopra, aggiungi lo script Checkmark all'oggetto Checkpoint Game. Il copione esce dalla scena una volta che il giocatore vi entra (cioè nuota attraverso le boe) e passa alla scena successiva.
4. Creare la terza nuova scena: Wave Test (Figura 3) selezionando File Salva con nome mentre è ancora nella scena Di prova della boa e rinominarlo.
   1. Eliminare l'oggetto checkpoint game facendo clic destro su di esso nella gerarchia e selezionando Elimina.
   2. Aggiungi una semplice barca di legno alla scena scaricando la risorsa Old Wooden Row Boat v2 dall'Unity Asset Store e aggiungi il prefabbricato Boat alla scena. Regolare la posizione di trasformazione della barca come sopra a X --12, Y -0,16 e 14,66.
   3. Scarica la risorsa Low Poly Animated People dall'Unity Asset Store e aggiungi il prefabbricato Kid alla scena. Duplica il prefabbricato Kid come sopra e bambino sia al prefabbricato Barca, rinominando l'oggetto di gioco a Barca con i bambini, e localizzare i due bambini in cima ai due posti in barca.
   4. Come sopra, aggiungi un Animatore alla Barca con l'oggetto di gioco per bambini e registra un'animazione della barca che gira lentamente intorno all'acqua, emulando una barca a remi che si muove lentamente.
   5. Passa al Player prefabbricato Del lettore e ai relativi figli nella finestra Gerarchia e rinomina la mano sinistra in "mano d'onda".
      1. Come sopra, aggiungere un Animatore alla mano dell'onda e registrare un'animazione del braccio e della mano che si muovono su e giù simulando un'onda a mano.
      2. Come sopra, nella scheda Ispettore per l'oggetto giocodel giocatore , aggiungere una sorgente audio con una clip audio di una mano che spruzzi in acqua, distinta dalla clip di due bracci che spruzzi nell'acqua aggiunti in precedenza.
      3. Come sopra, aggiungi lo script FemaleAnimmate alla mano dell'onda, per consentire al partecipante al gioco di controllare l'onda della mano utilizzando i controller Oculus.
   6. Regolare il testo in TextCanvas per leggere 'Wave to the people on the boat!', registrare un file audio che legge il testo e impostarlo per la riproduzione all'inizio della scena.
   7. Basato sullo script PlayerMotor2, non appena il partecipante vede la barca e le onde, Unity passa alla scena Rip Current.
5. Creare la quarta nuova scena: Rip Current (Figura 4).
   1. Regolare il testo in TextCanvas per leggere 'Stai per essere tirato da riva!' e come sopra, registrare un file audio leggendo il testo, aggiungerlo a TextCanvase impostarlo per la riproduzione all'inizio della scena.
      NOTA: non dichiarare esplicitamente che il partecipante sta sperimentando una corrente di strappo, al fine di simulare con maggiore precisione di essere inaspettatamente catturato in una corrente di strappo.
   2. Come sopra, creare un nuovo oggetto gioco nella gerarchia denominato rip_collider e aggiungere un Collider box. Per usare rip_collider per emulare una corrente di strappo come un canale stretto di flusso che si estende dalla spiaggia all'oceano, utilizzare transform per impostare la posizione su X, 251, Y, 1, 251 e modificare la scala in X,8.2 e 35,7 per creare le dimensioni appropriate. Lo script PlayerMotor2 simula anche una corrente di strappo tirando costantemente il giocatore perpendicolare (lontano) dalla riva (cioè, terreno da spiaggia). Questa corrente di strappo è una forza costante 1,25 volte più forte dei normali movimenti di nuoto del giocatore.
      1. Selezionare GameObject . Proprietà Effects . Sistema di particelle per aggiungere un nuovo sistema di particelle, intitolato 'Rain Basic', e lorip_collider . Un sistema di particelle emula le entità liquide in 3D come pioggia e nuvole. Il sistema di particelle viene utilizzato per simulare l'acqua schiumosa, che aiuta a delimitare una corrente di strappo nell'acqua dell'oceano. A tale scopo, nella scheda Ispettore, impostate la posizione di trasformazione su X, Y e 0,97, quindi ridimensionate X,0,1 e 0,1, al fine di incorporare le particelle all'interno del canale di rip corrente.
   3. Come sopra, utilizzare la scheda Inspector per aggiungere lo script RipExit all'rip_collider Game Object. Lo script registra se il giocatore sfugge alla corrente di Rip (cioè esce dal rip_collider collider).
      NOTA: come descritto nella Tabella 1, lo script PlayerMotor2 controlla la maggior parte degli aspetti della scena Rip Current, uscendo dalla scena e tornando alla scena del menu principale una volta soddisfatta una delle seguenti condizioni:
      -- Onde dei giocatori
      -- Il giocatore esce rip_collider
      -- La resistenza raggiunge lo zero
      Lo script scrive anche i risultati dell'interazione del giocatore nella scena in un file, utilizzato per un'analisi successiva dei dati sulle interazioni complessive dei partecipanti con la corrente di strappo.
6. Per compilare il progetto finale, selezionare File Impostazioni di compilazione e assicurarsi che tutte e quattro le scene create siano selezionate e nell'ordine corretto. Quindi, selezionare la piattaforma PC, Mac e Linux Standalone e selezionare Build. Verrà visualizzata una finestra di selezione per una cartella di output di compilazione. Selezionare una cartella adatta (ad esempio, 'Desktop') e quindi compilare. Verrà creato un collegamento al file eseguibile nella cartella desiderata dal titolo 'Rip Current'.

2. Sondaggio individui con il VR rip attuale videogioco

1. Aprire il software 'Oculus' utilizzando il collegamento sul desktop, quindi impostare l'hardware attraverso il programma. Assicurarsi che l'auricolare, due sensori e due controller siano tutti visualizzati in verde (Figura 5).
   1. Determinare la posizione di un sondaggio e il metodo di selezione. In questo studio è stato impiegato il campionamento di convenienza. I ricercatori hanno visitato una spiaggia pubblica due volte alla settimana per otto settimane durante luglio e agosto e hanno sollecitato potenziali partecipanti mentre camminavano lungo il lungomare. Oltre ad avere almeno 16 anni, non c'era altro requisito oltre alla volontà di partecipare.
2. Amministra la prima parte del sondaggio (modulo di consenso e domande demografiche) su un iPad separato.
3. Consegnare i controller VR al partecipante e assicurarsi che li tengono correttamente nelle mani corrette, e sono familiari / confortevoli con i controlli, e quindi adattarsi l'auricolare sul partecipante.
4. Selezionare ed eseguire il collegamento Rip Current dal desktop.
5. Consentire al partecipante di procedere attraverso la simulazione, fornendo coaching / consulenza solo quando necessario. Dovrebbero completare la scena principale rip corrente da soli.
6. Una volta terminato, rimuovere l'auricolare e iniziare la seconda parte del sondaggio, la parte del colloquio.
7. Collegare un microfono a un tablet e iniziare la registrazione. Porre domande riguardanti la conoscenza precedente e l'esperienza con le correnti di strappo e l'efficacia della simulazione di rip corrente a dimostrare le azioni appropriate da intraprendere, così come la valutazione del suo realismo e la natura coinvolgente.
8. Una volta completato il colloquio, interrompere la registrazione, ringraziare il partecipante e fornire un risarcimento come desiderato. Salvare il file dell'intervista con il nome corrispondente alla data e il numero del giocatore come registrato nella scena Rip Current.

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Risultati

L'indagine sui videogiochi VR rip è stata condotta nei mesi di luglio e agosto 2019 a Long Island presso la Town of Hempstead Beach a Point Lookout, New York (i risultati dettagliati possono essere trovati nella Tabella supplementare 1-3). 64 persone hanno giocato il gioco e hanno risposto al sondaggio, con 60 sfuggiti alla corrente di strappo e 4 annegamenti (cioè la resistenza ha raggiunto lo zero). Tra i 60 che sono fuggiti, 51 sono usciti salutando i loro 9, e 9 lo hanno fatto nuotando fisicamente ...

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Discussione

L'analisi preliminare dei risultati dell'indagine di follow-up dimostra che il videogioco VR rip attuale è stato generalmente efficace nel ritrarre con precisione il rischio e dimostrare azioni adeguate da intraprendere in modo coinvolgente e memorabile. Gli intervistati alle domande su scala Likert hanno indicato che la simulazione VR ha fatto sentire loro più preparati che non per una corrente di strappo e anche che era abbastanza coinvolgente. Inoltre, i risultati della scelta di una delle sei brevi dichiarazioni ha...

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Materiali

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