Het ontwikkelen van een Virtual Reality Video Game om ripstromen te simuleren

Summary

Rip stromingen behoren tot de dodelijkste meteorologische gevaren in de Verenigde Staten. Om de juiste acties aan te tonen wanneer ze op een gedenkwaardige en boeiende manier in een ripstroom worden gevangen, wordt een virtual reality-videogame ontwikkeld.

Abstract

Strandgangers in de Verenigde Staten worden geconfronteerd met veel verschillende gevaren, maar rip stromingen zijn jaarlijks de dodelijkste voor oceaanzwemmers. Ondanks het risico van ripstromen, is het duidelijk dat het publiek een beperkt begrip heeft van hun gevaar en de juiste verzachtende maatregelen die moeten worden genomen wanneer het in een land wordt gevangen. Een virtual reality (VR) videogame die deelnemers in een gesimuleerde ripstroom plaatst, werd ontwikkeld om dit probleem te verbeteren. De VR-game werd gebruikt om strandgangers aan de Atlantische kust van Long Island, New York in juli en augustus 2019 te onderzoeken. De acties die deelnemers ondernam toen ze geconfronteerd werden met de ripstroom werden geregistreerd, samen met de vraag of ze er aan ontsnapten of verdronken. Een interview met elke speler werd ook uitgevoerd nadat ze partook in het spel om het realisme van de rip huidige simulatie en de effectiviteit ervan te bepalen in het aantonen van de juiste acties te nemen wanneer beïnvloed door een. Analyse van deze resultaten geeft aan dat VR potentieel heeft om rip huidige risico's en manieren om het te minimaliseren op een unieke en boeiende manier communiceren. Er is echter verder werk nodig om het gebruiksgemak van de VR-simulatie te verbeteren en beter te begrijpen hoe factoren zoals demografie van invloed zijn op de waargenomen rip huidige risico's en gedragsrespons.

Introduction

Rip stromingen zijn "sterke, smalle stromen van water die zich uitstrekken van het strand¹." Rip stromingen kunnen vaak voorkomen op elk strand met brekende golven en kan zwemmers snel weg van de kust vervoeren. Gevaarlijke scheurstromingen kunnen optreden op schijnbaar 'veilige' stranddagen met golfhoogten van slechts 2 tot 3 voet^2,en kunnen zwemmers dus verrassen omdat ze een aanzienlijke afstand van de kust worden vervoerd. Dit brengt zwemmers in gevaar van paniek, uitputting, en zelfs verdrinking. Als gevolg daarvan, rip stromingen zijn een van de belangrijkste oorzaken van het weer dodelijke slachtoffers in de Verenigde Staten. Zo werden in 2018 71 sterfgevallen toegeschreven aan ripstromen, en voor de periode van 10 jaar 2009-2018 kwamen gemiddeld 58 personen elk jaar om³. Rip stromingen zijn het grootste gevaar voor strandgangers; in 2018 vertegenwoordigde rip huidige sterfgevallen 65% van alle 'surf zone' dodelijke slachtoffers in de Verenigde Staten. Er lijkt enige demografische controle op rip huidige kwetsbaarheid, zoals een studie bleek dat mannen zijn meer dan zes keer meer kans dan vrouwen te verdrinken van rip stromingen dan vrouwen⁴. Bovendien, aanvullend onderzoek bleek dat zeldzame strandgebruikers hebben meer kans om slechtere strand veiligheid keuzes te maken⁵ en dat niet-locals zijn aanzienlijk meer kans dan de lokale bevolking om letsel te ondersteunen in de branding zone^6,7.

Niettemin, ondanks hun plaats onder de dodelijkste weersgevaren in de Verenigde Staten, rip stromingen zijn slecht begrepen door het publiek. Een enquête onder 392 openbare strandgebruikers in Texas vastgesteld dat slechts 13% correct kon identificeren een rip stroom van foto's gepresenteerd aan hen⁸, terwijl soortgelijke resultaten werden gevonden in studies uitgevoerd in Pensacola Beach, Florida⁹ (15%) en Miami Beach, Florida¹⁰ (27%). Meer in het algemeen, Houser et al (2017)⁵ voerde een internet-based enquête met 1622 respondenten in 49 van de 50 Amerikaanse staten en vond dat 54% van de deelnemers correct gemeld een actie te nemen wanneer gevangen in een rip stroom. Echter, de zelf-geselecteerde aard van de enquête steekproef dicteerde dat slechts 10% van de steekproef was zeldzaam strand gebruikers, die het meest kwetsbaar zijn voor rip stromingen en werden aangetoond in de enquête om minder kennis van wat te doen in een bezitten.

Het is duidelijk dat ripstromen een unieke uitdaging vormen, gezien het feit dat ze slecht worden begrepen door het publiek, plotseling op kleine schubben met minimale of geen voorafgaande waarschuwing kunnen voorkomen en kunnen leiden tot de dood. Er zijn dus nieuwe benaderingen nodig om deze uitdaging op het gebied van openbare veiligheid aan te pakken. Meeslepende technologie zoals virtual reality (VR) biedt een innovatieve aanpak om rip huidige geletterdheid te verhogen en positief gedrag bij impact aan te moedigen. Eerder onderzoek heeft aangetoond dat VR en soortgelijke soorten meeslepende media zeer effectief zijn in het communiceren van informatie. VR wordt over het algemeen gedefinieerd als een interactieve ervaring die plaatsvindt binnen een gesimuleerde omgeving die auditieve en visuele feedback bevat, meestal met behulp van een headset. Een recente studie¹¹ beweerde dat VR is een volwassen technologie, goed geschikt om te helpen bij het wetenschappelijk onderzoeksproces. Bovendien, andere recente onderzoek¹² bleek dat wanneer individuen een New York Times verhaal te lezen met een VR-supplement, ze waren meer kans om de bron te zien als geloofwaardig, herinneren aan de gepresenteerde informatie, delen met anderen, en voel een emotionele verbinding, dan degenen die het artikel lezen in de traditionele media, met alleen tekst en afbeeldingen. Aanvullende studies^13,14 geconcludeerd dat immersive media onderwijs bevordert door het verhogen van betrokkenheid en real-world toepasbaarheid van een onderwerp. Onlangs maakten onderzoekers¹⁵ gebruik van VR om een categorie 3 orkaan landfall te simuleren en bepaalden dat respondenten die de VR bekijken aanzienlijk meer kans hadden om evacuatie te overwegen dan degenen die alleen traditionele tekst en grafische producten bekijken. Ondanks het duidelijke nut hebben geen studies of initiatieven uitgebreid aangetoond hoe VR effectief kan worden toegepast op de unieke uitdaging van het trainen van strandgebruikers om strandgebruikers beter te lokaliseren en te reageren op ripstromen. Het huidige werk vult die onderzoekskloof door eerst individuen te leren zwemmen en te zwaaien in een virtuele oceaanomgeving en vervolgens te evalueren hoe ze reageren op het plotselinge en onverwaardenkte begin van een ripstroom. Deelnemers werden opgeleid in zowel zwemmen en zwaaien voor hulp, omdat elk van deze acties worden beschouwd als geldige reacties wanneer gevangen in een rip^16,17, met voorwaarden met name een individuele rip vaak dicteren welke actie het meest effectief zou kunnen zijn bij het vergemakkelijken van ontsnapping¹⁸. We veronderstellen dat de realistische en gedenkwaardige aard van een VR rip huidige simulatie zal deelnemers in staat stellen om succesvol te nemen ontwijkende actie in het virtuele spel en vervolgens melden dat de ervaring hun kennis van rip huidige risico's en mitigatie verbeterd.

Protocol

Alle gebruikte methoden zijn goedgekeurd door de Hofstra University Institutional Research Board (IRB). De ontwikkelde VR-videogame werd gebruikt om 64 personen te onderzoeken.

OPMERKING: Scripts zijn geschreven in de C# taal en zijn beschikbaar om te downloaden op: https://github.com/Jasebern/HofstraVR.

1. Creatie van VR rip huidige videogame: Virtuele omgeving en input/output van de gebruiker

1. Open VR-ontwikkelingsplatform (bijv. Unity¹⁸). Deze procedure werd voltooid in Unity 2018.3.1f1.
   1. Start een nieuw 3D-project getiteld 'Rip Current'. Een 3D-project bevat een of meerdere scènes bestaande uit 'gameobjecten' die kunnen worden weergegeven als vaste objecten¹⁹. Scripts kunnen worden toegevoegd aan gameobjecten, waardoor interactiviteit en real-time wijzigingen in de omgeving mogelijk zijn. Dit project zal vier scènes en talrijke spelobjecten bevatten.
   2. Open het tabblad Unity Asset Store. Dit bevat 'prefabs'- reeds gemaakte collecties van 2D- en 3D-gameobjecten en audiobestanden - ontwikkeld door andere gebruikers die aan het project kunnen worden toegevoegd²⁰.
   3. Importeer het asset 'Oculus Integration' uit de Unity Asset Store die basisactiva biedt voor VR-ontwikkeling.
2. Maak de eerste nieuwe scène: Hoofdmenu (figuur 1).
   1. Activa gebruiken | Maken | Terreinlaag en voeg vervolgens de juiste kleur toe om een heuvelachtig groen terrein asset te maken als een aantrekkelijke achtergrond voor de hoofdmenuscène.
   2. GameObject gebruiken | Gebruikersinterface | Canvas om een nieuw canvas toe te voegen, getiteld Hoofdmenu, met een tekstvak voor de titel VR Simulation. Een canvas is een gameobject dat tekst en knoppen opslaat die gebruikersinteractie en opgegeven gebeurtenissen in de simulatie mogelijk maken op basis van die invoer⁴.
   3. Voeg scripts, geschreven in de C#taal, toe aan een gameobject. Voeg het script toe door het gewenste doelgameobject in de scènehiërarchie te selecteren. Selecteer vervolgens op het tabblad Controle de optie Component toevoegen | Nieuw scripten voer de gewenste scripttitel in.
   4. Volg de bovenstaande procedure om het script met de titel MainMenu toe te voegen aan het hoofdmenu-canvas.
      LET OP: Zie Tabel 1 voor titel en functie van alle gebruikte scripts.
   5. GameObject gebruiken | Gebruikersinterface | Knop om vier tekstknoppen aan het canvas toe te voegen: Start, Opties, Overen Afsluiten. Bel de juiste functie vanuit MainMenu- en MouseHover-scripts wanneer een knop is geselecteerd.
3. Maak de tweede nieuwe scène: Boeitest (Figuur 2).
   1. Download het asset Realistic Water uit de Unity Asset Store en voeg de Sea prefab toe aan de scène.
      1. Voeg een audiobestand van oceaangolven toe aan de Sea prefab op lus. Toevoegen op het tabblad Inspector door Component toevoegen te selecteren | Audiobron.
   2. Gebruik het gereedschap terreinlaag zoals hierboven om een gameobject met de naam Strandte maken. Gebruik in de opties Terrein op het tabblad Controle het gereedschap Terrein en terreininstellingen schilderen om te stylen en kleuren als zand.
   3. Download het Standard Assets-pakket in de Unity Asset Store en voeg de Player prefab toe aan de scène. De Player prefab bevat een camera die is ingebed in de Speler, dus na de bewegingen om de sensatie te creëren dat de deelnemer aan het spel de speler bestuurt.
      1. Zoals hierboven uitgevoerd, voegt u de scripts PlayerController, PlayerMotor, PlayerMotor2 en FloatObject toe aan de player prefab. Met deze scripts kan de deelnemer aan de game de Player prefab bedienen met Behulp van Oculus VR Controllers.
      2. Een animatie toevoegen aan de camera door Activa te selecteren | Maken | Animator controller. Gebruik het animatorvenster om een animatie op te nemen van de camera die op en neer dobbert en stel deze in om continu te herhalen. Dit simuleert een persoon die drijvend houdt in de oceaan.
      3. Zoals hierboven uitgevoerd, voegt u een canvas toe met de titel TextCanvas. Onderliggende tekstcanvas naar de speler door deze naar Player in de hiërarchie te slepen. Een onderliggend gameobject erft de bewegings- en rotatie-eigenschappen van het bovenliggende gameobject. Voeg de tekst "Zwem door de boeien" toe aan TextCanvas. Neem een audiobestand op dat die tekst leest, voeg het toe aan TextCanvas zoals hierboven uitgevoerd en stel het in om aan het begin van de scène af te spelen.
      4. Stel de locatie van de speler in door naar het tabblad Controle te navigeren en de positie in de transformatieopties aan te passen. Stel de locatie van de speler in op X=-23.44, Y=1 en Z=5.97.
   4. Download het VR Hands and FP Arms Pack in de Unity Asset Store en als bovenstaand kind de 'FP_Character' prefab naar de Player. Hierdoor kunnen de armen bewegen met de speler en ook op en neer dobberen met de Player Camera.
      1. Kies de gewenste prefab door deze in de hiërarchie te selecteren en het vakje naast de naam aan te schakelen. De FP_Character prefab bevat zowel mannelijke als vrouwelijke prefabs, elk met twee armen, links en rechts.
   5. Voeg een nieuw gameobject toe door met de rechtermuisknop in de hiërarchie te klikken en Leeg maken teselecteren. Noem het gameobjectcontrolepunt.
   6. Download het asset Simple Buoy uit unity asset store en voeg als kind van het Checkpoint de Buoy prefab toe aan de scène. Dupliceer de Boei prefab door er met de rechtermuisknop op te klikken en Duplicerente selecteren. Noem de ene 'boei L' en de andere 'boei R' en plaats ze 4 eenheden deel in de X-as door het aanpassen van de transformatie positie van elk als hierboven. Stel de locatie in voor boei L op X=-2, Y=0 en Z=0 en locatie voor boei R op X=2, Y=0, Z=0.
      1. Selecteer Component toevoegen op het tabblad Controle voor het object Checkpoint-game : Natuurkunde | Box Collidor. Selecteer vervolgens Collider bewerken en teken de collider tussen de twee boeien.
      2. Voeg zoals hierboven het script Vinkje toe aan het Checkpoint-gameobject. Checkpoint Het script verlaat de scène zodra de speler het binnenkomt (d.w.z. zwemt door de boeien) en overgangen naar de volgende scène.
4. Maak de derde nieuwe scène: Wave Test (Figuur 3) door Bestand te selecteren | Opslaan als terwijl nog in de Boei Test scène en hernoemen.
   1. Verwijder het object Checkpoint-game door er met de rechtermuisknop op te klikken in de hiërarchie en Delete teselecteren.
   2. Voeg een eenvoudige houten boot toe aan de scène door de oude houten rijboot v2-asset van de Unity Asset Store te downloaden en voeg de Boat prefab toe aan de scène. Pas de transformpositie van de boot zoals hierboven aan op X=-12, Y=-0.16 en Z=14.66.
   3. Download de asset Low Poly Animated People uit de Unity Asset Store en voeg de Kid prefab toe aan de scène. Dupliceer de Kid prefab als hierboven en kind zowel naar de boot prefab, hernoemen van de Game Object to Boat met kinderen, en het lokaliseren van de twee kinderen op de top van de twee zetels in de boot.
   4. Zoals hierboven, voeg een Animator aan de boot met kinderen Game Object, en neem een animatie van de boot langzaam cirkelen rond het water, emuleren van een roeiboot langzaam bewegen.
   5. Navigeer naar de prefab speler en zijn kinderen in het venster Hiërarchie en wijzig de naam van de linkerhand in 'zwaaiende hand'.
      1. Zoals hierboven, voeg een Animator aan de golf hand en neem een animatie van de arm en de hand bewegen op en neer simuleren van een handgolf.
      2. Zoals hierboven, in het tabblad Inspector voor de Player Game Object, voeg een audiobron met een audioclip van een hand spatten in het water, onderscheiden van de clip van twee armen spatten in het water eerder toegevoegd.
      3. Zoals hierboven, voeg de FemaleAnimate script aan de golf hand, zodat het spel deelnemer om de hand golf met behulp van de Oculus Controllers controle.
   6. Pas de tekst in TextCanvas aan om 'Wave to the people on the boat!' te lezen, neem een audiobestand op met die tekst en stel deze in om aan het begin van de scène af te spelen.
   7. Op basis van het PlayerMotor2-script, zodra de deelnemer de boot en golven ziet, gaat Unity over naar de Rip Current-scène.
5. Maak de vierde nieuwe scène: Rip Current (Figuur 4).
   1. Pas de tekst in TextCanvas aan om 'U wordt van de wal getrokken! ' te lezen en zoals hierboven een audiobestand op te nemen dat die tekst leest, deze toe te voegen aan TextCanvasen deze in te stellen om aan het begin van de scène af te spelen.
      OPMERKING: Vermeld niet expliciet dat de deelnemer een ripstroom ondervindt, om het meest nauwkeurig te simuleren dat ze onverwacht in een ripstroom wordt gevangen.
   2. Maak zoals hierboven een nieuw gameobject in de hiërarchie met de naam rip_collider en voeg een Box Collidertoe . Als u rip_collider wilt gebruiken om een ripstroom na te bootsen als een smal stroomkanaal dat zich uitstrekt van het strand naar de oceaan, gebruikt u transformeren om de positie in te stellen op X, =251, Y=1, Z=251 en wijzigt u de schaal naar X=8.2 en Z=35.7 om geschikte afmetingen te creëren. De PlayerMotor2 script simuleert ook een rip stroom door voortdurend trekken de speler loodrecht (weg) van de kust (dat wil zeggen, strand terrein). Deze rip stroom is een constante kracht 1,25 keer sterker dan de normale speler zwemmen bewegingen.
      1. GameObject selecteren | Gevolgen | Particle System om een nieuw deeltjessysteem toe te voegen, getiteld 'Rain Basic', en kind het aan rip_collider. Een deeltjessysteem emuleert vloeibare entiteiten in 3D zoals regen en wolken. Het deeltjessysteem wordt gebruikt om schuimig water te simuleren, wat helpt bij het afbakenen van een rijpe stroom in oceaanwater. Stel hiervoor op het tabblad Controle de transformatiepositie in op X=0, Y=3 en Z=0,97 en schaal X=0.1 en Z=0.1 om de deeltjes in het ripstroomkanaal in te sluiten.
   3. Gebruik zoals hierboven het tabblad Controle om het RipExit-script toe te voegen aan het rip_collider Game Object. Het script registreert of de speler ontsnapt aan de Rip Current (dat wil zeggen, verlaat de rip_collider collider).
      OPMERKING: Zoals beschreven in tabel 1,besturingselement het PlayerMotor2-script de meeste aspecten van de ripstroomscène, door de scène te verlaten en terug te keren naar de hoofdmenuscène zodra aan een van de volgende voorwaarden is voldaan:
      -- Spelersgolven
      -- Speler verlaat rip_collider
      -- Uithoudingsvermogen bereikt nul
      Het script schrijft ook de resultaten van de interactie van de speler in de scène uit in een bestand, dat wordt gebruikt voor latere gegevensanalyse over de algehele interacties van deelnemers met de ripstroom.
6. Als u het uiteindelijke project wilt bouwen, selecteert u Bestand | Bouw instellingen en zorg ervoor dat alle vier de gemaakte scènes zijn uitgeschakeld en in de juiste volgorde. Selecteer vervolgens de platform-pc, Mac en Linux Standalone en selecteer Bouwen. Hiermee wordt een selectievenster gevraagd voor een uitvoermap voor build. Selecteer een geschikte map (d.w.z. 'Bureaublad') en bouw vervolgens. Hierdoor wordt een uitvoerbare bestandssnelkoppeling gemaakt in de gewenste map 'Rip Current'.

2. Enquête personen met de VR rip huidige video game

1. Open de 'Oculus'-software met behulp van de snelkoppeling op het bureaublad en stel de hardware in via het programma. Zorg ervoor dat de headset, twee sensoren en twee controllers allemaal groen worden weergegeven(figuur 5).
   1. Bepaal de locatie en wervingsmethode voor een enquête. In deze studie werd gebruik gedaan van gemaksbemonstering. De onderzoekers bezochten een openbaar strand twee keer per week gedurende acht weken in juli en augustus en vroegen potentiële deelnemers terwijl ze liepen langs de strandpromenade. Naast het feit dat ten minste 16 jaar oud, was er geen andere eis naast de bereidheid om deel te nemen.
2. Beheer enquête deel een (toestemmingsformulier en demografische vragen) op een aparte iPad.
3. Geef de VR-controllers aan de deelnemer en zorg ervoor dat ze ze goed in de juiste handen houden, en vertrouwd /comfortabel zijn met de bedieningselementen, en pas vervolgens de headset op de deelnemer.
4. Selecteer en voer de snelkoppeling Huidige rippen uit vanaf het bureaublad.
5. Laat de deelnemer de simulatie doorlopen en geef alleen coaching/advies wanneer dat nodig is. Ze moeten de belangrijkste rip huidige scène te voltooien op hun eigen.
6. Zodra ze klaar zijn, verwijder de headset en begin deel twee van de enquête, het interview gedeelte.
7. Sluit een microfoon aan op een tablet en begin met opnemen. Stel vragen over voorkennis en ervaring met ripstromen en de effectiviteit van de rip huidige simulatie bij het aantonen van de juiste acties te nemen, evenals rating van het realisme en meeslepende aard.
8. Zodra het interview is voltooid, stoppen met opnemen, dank de deelnemer, en bieden compensatie zoals gewenst. Sla het interviewbestand op met de naam die overeenkomt met datum en spelersnummer zoals opgenomen in de ripstroomscène.

Results

De VR rip huidige video game enquête werd uitgevoerd in juli en augustus 2019 op Long Island in de stad Hempstead Beach in Point Lookout, New York (gedetailleerde resultaten zijn te vinden in aanvullende tabel 1-3). 64 individuen speelden het spel en reageerden op de enquête, met 60 ontsnappen aan de rip stroom en 4 verdrinking (dat wil zeggen, uithoudingsvermogen bereikt nul). Onder de 60 die ontsnapten, verlieten er 51 door te zwaaien voor hulp, en 9 deden dat door fysiek uit de rip te zwemmen. Gezien ...

Discussion

Voorlopige analyse van de resultaten van de follow-up enquête toont aan dat de VR rip huidige videogame was over het algemeen effectief in het nauwkeurig afbeelden van risico's en het aantonen van de juiste acties te nemen in een boeiende en gedenkwaardige manier. Respondenten van de Likert-schaal vragen gaven aan dat de VR-simulatie ertoe leidde dat ze zich beter voorbereid voelden dan niet op een ripstroom en ook dat het redelijk meeslepend was. Bovendien, de resultaten van het kiezen van een van de zes korte verklarin...

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Dell 17.3" Alienware 17 R5 Laptop	Dell		PC voor virtual reality ontwikkeling
Oculus Rift S	Oculus		Virtual reality-headset