prototipo de aplicación de realidad virtual para la

Prototipo de aplicación de Realidad Virtual para la emulación de entrenamiento en caso de

sismos

Robinson Bazurto Orrego, [email protected]

Trabajo de Grado presentado para optar al título de Ingeniero Multimedia

Asesor: Jorge Andrés Vásquez Recio

Universidad de San Buenaventura Colombia

Facultad de Ingenierías

Ingeniería Multimedia

Medellín, Colombia

2019

Citar/How to cite [1]

Referencia/Reference

Estilo/Style:

IEEE (2014)

[1] R. Bazurto Orrego, “Prototipo de aplicación de Realidad Virtual para la

emulación de entrenamiento en caso de sismos.”, Trabajo de grado Ingeniería

Multimedia, Universidad de San Buenaventura Medellín, Facultad de

Ingenierías, 2019.

Grupo de Investigación (SIGLA).

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https://co.creativecommons.org/?page_id=13

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Dedicatoria

Texto de dedicatoria centrado.

Agradecimientos

Agradezco a Jaime Garcia por su orientación con la programación de ciertos aspectos de la

aplicación en Unity3D y el lenguaje C#.

TABLA DE CONTENIDO

RESUMEN ....................................................................................................................................... 7

ABSTRACT ..................................................................................................................................... 8

I. INTRODUCCIÓN ........................................................................................................................ 9

II. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA .................................................................................. 10

A. Antecedentes ......................................................................................................................... 11

III. JUSTIFICACIÓN ..................................................................................................................... 15

IV. OBJETIVOS ............................................................................................................................ 16

A. Objetivo general .................................................................................................................... 16

B. Objetivos específicos ............................................................................................................. 16

VII. MARCO TEÓRICO ............................................................................................................... 17

VIII. METODOLOGÍA ................................................................................................................. 23

IX. RESULTADOS ........................................................................................................................ 26

XI. CONCLUSIONES ................................................................................................................... 37

A. Objetivo general de la investigación ..................................................................................... 37

XII. RECOMENDACIONES ......................................................................................................... 39

REFERENCIAS ............................................................................................................................. 40

ANEXOS ........................................................................................................................................ 43

LISTA DE FIGURAS

Fig. 1. MIST VR Interfaz de operación de Cuatro Simuladores. ................................................... 12

Fig. 2. NeuroTouch. Simulador de neurocirugía. ........................................................................... 12

Fig. 3. Mars 2030. Exploración Virtual en Marte. ......................................................................... 13

Fig. 4. Interfaz de Simulador de Desastres Naturales Desarrollado por EON Reality. ................. 13

Fig. 5. XVR. Formación en Realidad Virtual para la Seguridad Pública. ..................................... 14

Fig. 6. Formación de Desastres de la Cruz Roja en Realidad Virtual | por Glitch ......................... 14

Fig. 7. Cómo Funciona la Realidad Virtual ................................................................................... 17

Fig. 8. Pantalla de Dispositivo HMD en Funcionamiento. ............................................................ 18

Fig. 9. Oculus Rift. ......................................................................................................................... 18

Fig. 10. Google Cardboard. ............................................................................................................ 19

Fig. 11. Controles de HTC Vive y Oculus Rift. ............................................................................. 20

Fig. 12. Dispositivos Móviles con Giroscopio. .............................................................................. 20

Fig. 13. Interfaz de Unity3D. ......................................................................................................... 22

Fig. 14. Motorola G2 con aplicación en ejecución. ....................................................................... 26

Fig. 15. Dispositivo HMD VR Glass ............................................................................................. 26

Fig. 16. Modelos 3D en Autodesk Maya 2017. ............................................................................. 27

Fig. 17. Elementos Interfaz de Usuario. ......................................................................................... 28

Fig. 18. Escena introductoria de la aplicación en Unity3D. ........................................................... 28

Fig. 19. Usuario escogiendo opción visto desde el dispositivo móvil. .......................................... 29

Fig. 20. Diagrama de Flujo de la Aplicación. ................................................................................ 29

Fig. 21. Escenario de habitación. ................................................................................................... 30

Fig. 22. Escenario automóvil.......................................................................................................... 30

Fig. 23. Escenario oficina. .............................................................................................................. 31

Fig. 24. Escenario ciudad. .............................................................................................................. 31

Fig. 25. Escenario teléfono público. ............................................................................................... 32

Fig. 26. Escenario persona herida. ................................................................................................. 32

Fig. 27. Escenario casa destruida. .................................................................................................. 33

Fig. 28. Escenario sala. ................................................................................................................... 33

Fig. 29. Script en Monodevelop. .................................................................................................... 34

Fig. 30. Escenario de oficina durante sismo visto en la aplicación. ............................................... 34

Fig. 31. Escenario de automóvil respuesta incorrecta visto en la aplicación. ................................ 35

Fig. 32. Escenario sala después de un sismo visto en la aplicación. .............................................. 35

Fig. 33. Escenario ciudad respuesta correcta visto en la aplicación. ............................................. 36

Fig. 34. Escenario ciudad después de sismo visto en la aplicación. .............................................. 36

PROTOTIPO DE APLICACIÓN DE REALIDAD VIRTUAL PARA ENTRENAMIENTO... 7

RESUMEN

La Realidad Virtual (VR) es una tecnología que ha estado creciendo desde hace años, pero solo

hace poco se ha vuelto más divulgada entre las personas. Las investigaciones acerca de este tema

han destacado los beneficios que puede tener en metodologías educativas y entrenamiento.

Además, se han realizado una serie de proyectos de investigación para estudiar la eficiencia de esta

técnica en el aprendizaje de los protocolos básicos de supervivencia por parte de un usuario.

Por otro lado, el país intenta concientizar a la población acerca de las prevenciones necesarias que

deben tenerse en cuenta antes y después de un sismo. Actualmente, las metodologías empleadas

para esto carecen de interactividad y/o experimentación, por medio de la selección de opciones,

que una emulación en una aplicación de realidad virtual puede ofrecer.

El propósito de este proyecto es desarrollar un prototipo de aplicación de realidad virtual para

dispositivos Android en la plataforma Unity, que pueda usarse con un dispositivo HMD (Head-

Mounted display) para proyectar un entorno virtual low-poly en el que se realice una serie de

escenarios relacionados con situaciones que pueden presentarse durante y después de un sismo, y

emule los resultados que se obtienen dependiendo de la respuesta del usuario.

Palabras clave: Realidad virtual, emulación, entorno virtual, HMD, experiencia interactiva,

sismos.


ABSTRACT

Virtual Reality (VR) is a technology that has been growing for over years, but only recently it has

become more popular among people. Research on this topic has highlighted the benefits it can have

in educational techniques and training. Moreover, a series of research projects have been carried

out to study the efficiency of this technique in learning the basic survival protocols by a user.

On the other hand, the country tries to make the population aware of the necessary precautions that

must be considered before and after an earthquake. The techniques currently used lack interactivity

and/or experimentation that an emulation in a virtual reality application can offer, through the

selection of options.

The purpose of this project is to develop the prototype of a virtual reality application for Android

devices on the Unity platform, that can be used with an HMD (Head-Mounted display) to project

a low-poly virtual environment in which are performed a series of scenarios related to situations

that may arise during and after an earthquake, and emulate the results obtained depending on the

user's response.

Keywords: Virtual Reality, emulation, virtual environment, HMD, interactive experience,

earthquakes.


I. INTRODUCCIÓN

La presente investigación se centra en el desarrollo de un prototipo de aplicación de Realidad

Virtual para dispositivos Android que proporcione al usuario el conocimiento sobre las

prevenciones y medidas de acción para tener en cuenta en caso de ocurrir un Sismo, por medio de

un cuestionario que, dependiendo de la respuesta, muestre emulaciones de las situaciones más

frecuentes que pueden suceder durante este evento.

Así pues, este proyecto se propuso con el interés de crear una posible alternativa digital e interactiva

para los métodos tradicionales de entrenamiento para sismos empleados en el país.

El prototipo se desarrolló con la plataforma Unity 3D, incorporando al usuario en un ambiente

virtual con un estilo gráfico de bajo poligonaje (Low-Poly) creados con la herramienta Autodesk

Maya.


II. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

Durante décadas han existido reportes de actividades sísmicas que, directa o indirectamente, han

impactado negativamente algunas de las regiones del país. Dependiendo de la magnitud, estos

desastres pueden causar pérdidas no solo materiales sino humanas [1], [2]. Por ende, es de vital

importancia concientizar a la población sobre las medidas de precaución y planes de acción que

deben tenerse en caso de que ocurra un desastre natural, para enfrentarlo de una forma adecuada y

evitar lesiones corporales causadas por la falta de preparación y/o desconocimiento.

Existe una serie de variables que afectan la respuesta de reacción de un individuo durante una

emergencia. Dentro de estas variables se encuentra el conocimiento previo, pero éste no es

suficiente, debido a que también influye el estado psicológico y los efectos del estrés, los cuales

pueden alterar las decisiones que toma una persona [3], [4].

El país, con el patrocinio de organizaciones públicas y privadas, podría realizar programas de

entrenamiento presenciales que instruyan al individuo para responder de forma adecuada a un

sismo. No obstante, llevar a cabo dichos eventos de entrenamiento involucran jornadas exhaustivas

de mucha organización y tiempo. Además, los altos costos de preparación hacen de esta una

actividad muy complicada [5].

Con el desarrollo de la Realidad Virtual (VR), ha sido posible el desarrollo de recreaciones de

entornos en tiempo real que estimulan el aprendizaje, confianza y seguridad del usuario por medio

de la repetición continua del ejercicio [5], [6], [7], [8]. Algunos estudios argumentan que esta

tecnología ofrece muchas ventajas para la preparación del personal de triaje en medicina de

emergencias y desastres [4].

El uso de realidad virtual trae consigo muchas ventajas. A diferencia de otros métodos usados para

este tipo de entrenamientos, la realidad virtual ofrece, no solo una opción de menor costo, sino

también una práctica continua realista que permite poner a prueba la toma de decisiones en torno

a una situación determinada. Igualmente, posee la ventaja de poder incorporar estímulos

audiovisuales adicionales como clips de vídeo que representan un evento simulado en curso [3].


De acuerdo con lo anterior surge la pregunta ¿El desarrollo de un prototipo de aplicación de

realidad virtual puede emular los diferentes escenarios resultantes de las acciones tomadas por un

usuario en una situación de un sismo?

A. Antecedentes

El entrenamiento previo es importante para la preparación de las personas ante ciertas situaciones

particulares. Los ejercicios de práctica de simulacros son importantes en diferentes disciplinas que

requieren en general protocolos de rescate, desde bomberos, hasta estudiantes de medicina de

emergencia. Sin embargo, estas actividades de simulacro no siempre logran preparar al individuo

para el estrés y la situación real, y es por eso por lo que ha surgido un prometedor interés por

entrenamientos basados en realidad virtual para la preparación de usuarios, como una alternativa

para los métodos tradicionales [9], [10]. Se trata de simulaciones de entornos virtuales en las cuales

el usuario puede realizar decisiones que conllevan a un resultado.

En el área de la medicina se han desarrollado una serie de aplicaciones virtuales para estudiar la

eficiencia en el aprendizaje de los practicantes dentro de una experiencia interactiva que les permite

tomar decisiones en operaciones neuroquirúrgicas virtuales en tiempo real, sin el estrés de poner la

vida de un paciente en riesgo [7], [11], [12], [13], [14]. Los estudios indican que estas aplicaciones

ofrecen una gran oportunidad de aprendizaje interactivo. Con el progreso de la realidad virtual y la

implementación de más herramientas, será posible crear aplicaciones de neurocirugía capaces de

ofrecer un entrenamiento esencial [8], [15].


Por otro lado, en el área aeroespacial se está, igualmente, desarrollando proyectos de simulación

en aplicaciones de Realidad Virtual para la preparación de usuarios. La NASA apoyó los proyectos

de Manus VR y Mars 2030 experience para entrenar a sus astronautas a explorar en el ambiente de

Marte, agarrar objetos y cómo se siente estar en el espacio [16], [17], [18].

Fig. 1. MIST VR Interfaz de operación de Cuatro Simuladores.

Tomado de: https://goo.gl/ptPDWG

Fig. 2. NeuroTouch. Simulador de neurocirugía.

Tomado de: https://goo.gl/imeZPh

https://goo.gl/ptPDWG

https://goo.gl/imeZPh


Por último, se han realizado estudios para probar las ventajas que la simulación en Realidad Virtual

de entornos de desastres naturales tiene sobre entrenamientos basados en clases o simulacros [3],

[5], [19]. Los resultados indican que estas aplicaciones ofrecen al usuario una retención del

aprendizaje gracias a la oportunidad de interactuar. Entre estas aplicaciones se encuentran unas

desarrolladas por universidades para entrenar, por medio de experiencias interactivas y repetitivas,

a los estudiantes de personal de manejo de emergencias y triaje [4], [6], [20], [21], [22]. Por otro

lado, algunas empresas han creado aplicación de Realidad Virtual para la concientización y

preparación de civiles en estos casos de emergencia [23], [24], [25].

Fig. 3. Mars 2030. Exploración Virtual en Marte.

Tomado de: https://goo.gl/FAsWZH

Fig. 4. Interfaz de Simulador de Desastres Naturales Desarrollado por EON Reality.

Tomado de: https://goo.gl/ygVeyV

https://goo.gl/FAsWZH

https://goo.gl/ygVeyV


A través de los años, se han realizado distintos estudios acerca del potencial e impacto que posee

la aplicación de simulaciones virtuales para entrenar a usuarios en la toma de decisiones y

seguimiento de protocolos durante situaciones de emergencia como sismos, además de las ventajas

que tiene frente a los métodos de entrenamiento clásicos [5], [19], [6], [4], [3], [10], [26], [27],

[28]. Dichos estudios concluyen que, con el progreso de esta tecnología, es posible que se

desarrollen aplicaciones que envuelvan aún más al usuario con la experiencia y que ofrezcan

nuevos alcances interactivos en la experiencia.

Fig. 5. XVR. Formación en Realidad Virtual para la Seguridad Pública.

Tomado de: https://goo.gl/mzkPtd

Fig. 6. Formación de Desastres de la Cruz Roja en Realidad Virtual | por Glitch

Tomado de: https://goo.gl/mwUj8N

https://goo.gl/mzkPtd

https://goo.gl/mwUj8N


III. JUSTIFICACIÓN

Riesgo es una situación que se puede presentar en cualquier momento sin tener un tiempo

predeterminado. El riesgo es algo que está siempre asociado a situaciones reales, y para evitar

acciones que puedan aumentar las posibilidades de lesiones, es necesario tener un acercamiento

previo que permita conocer las reglas básicas para tener en cuenta. Es aquí cuando nace la

importancia de la realidad virtual como una herramienta tecnológica que pueda ir más allá de un

simple hobby o juego popular. Surgiendo la pregunta ¿cómo podríamos adaptar este tipo de

tecnologías a programas de entrenamiento en sistemas de riesgo?

Responder a este interrogante es bastante simple, hoy en día las agencias de riesgo requieren

mantener su personal en continuo entrenamiento para responder con eficacia y efectividad a riesgos

ecológicos como lo son los sismos. Esto implica poseer instalaciones y equipos adecuados con una

inversión continua de capital para mantenimiento de este tipo de estructuras. La realidad virtual se

convierte en una gran estrategia que permite realizar continuo entrenamiento con una mezcla de

variedad de situaciones y escenarios a un costo mucho más bajo e interactivo.

El desarrollo de este tipo de plataformas virtuales permitirá una proximidad y un dominio de

inmersión, teniendo una posibilidad casi única de envolver a los usuarios, permitiéndoles

interactuar y experimentar en escenarios virtuales donde lograrán enfrentarse a situaciones que les

permitan identificar sus deficiencias mientras refuerzan sus habilidades de respuesta.


IV. OBJETIVOS

A. Objetivo general

Desarrollar un prototipo de aplicación de realidad virtual que recree los diferentes escenarios

resultantes de las acciones tomadas por el usuario en una situación de un sismo.

B. Objetivos específicos

Identificar las medidas de prevención recomendadas que deben realizarse durante un sismo.

Planificar la situaciones, etapas y opciones particulares de la interacción del usuario en la

experiencia.

Crear los recursos multimedia necesarios para componer el ambiente virtual de la

emulación.

Integrar los recursos multimedia dentro de una plataforma gráfica que permita construir el

aplicativo.


VII. MARCO TEÓRICO

Realidad virtual

Durante algunas décadas, se han realizado estudios sobre los usos de la realidad virtual. Sin

embargo, sólo recientemente, el consumidor promedio ha obtenido mayor acceso a aplicaciones de

este tipo [29]. Esta tecnología se define como una simulación generada por computadora de un

entorno tridimensional que inmerge al usuario dentro de una experiencia interactiva. Por medio de

un conjunto de tecnologías, la realidad virtual es capaz de engañar la parte del cerebro humano que

percibe el movimiento, transmitiendo una sensación de que el usuario está presente en el ambiente

virtual, como una ilusión [30]. La realidad virtual ha cambiado la forma en que las personas pueden

interactuar con la información [31].

Los sistemas de realidad virtual requieren de algunos elementos que se encargan de generar la

inmersión e interacción del usuario en el ambiente tridimensional.

Pantallas estereoscópicas

Son dispositivos de salida conocidos como HMD (Head-mounted displays). Se tratan de sistemas

de hardware que el usuario puede usar como gafas y crean una representación visual 3D que otorga

una sensación de profundidad. Con dos imágenes separadas para cada ojo, una un poco desplazada

en comparación a la otra, las HMD engañan al cerebro gracias a la diferencia de posición que se

Fig. 7. Cómo Funciona la Realidad Virtual

Tomado de: https://goo.gl/9B87tr

https://goo.gl/9B87tr


produce entre los objetos que se visualizan, generando un efecto Parallax [30]. Dicho efecto, recrea

la ilusión de profundidad que el cerebro percibe.

Tipos de HMD

Existen dos categorías de head-mounted displays (HMD): Consola y móvil. La primera hace

referencia a un dispositivo conectado a un computador que procesa las gráficas. La aplicación se

corre en el ordenador y el HMD actúa como una pantalla periférica. Las Oculus Rift son uno de

los mejores ejemplos de esta categoría. La segunda, se trata de un sencillo dispositivo con dos

lentes y un espacio para insertar un teléfono móvil, el cual se usa para mostrar dos vistas

estereográficas en los lentes. Ejemplo de esto son las Google Cardboard [32], [29].

Fig. 9. Oculus Rift.

Tomado de: https://goo.gl/np8FHk

Fig. 8. Pantalla de Dispositivo HMD en Funcionamiento.

https://goo.gl/np8FHk


Hardware de seguimiento de movimiento

Este sistema se encarga de calcular los cambios en la rotación de la dirección en que el usuario

mira. El buen seguimiento de movimiento es esencial para la inmersión del usuario en el entorno

3D, debido a que el sistema de percepción humano es sensible. El hardware debe ser capaz de

calcular los movimientos de la cabeza lo más rápido posible, para mostrar al usuario el cambio en

la imagen respectivo [30].

Dispositivos de entrada

Con el fin de generar una interacción más profunda dentro de la experiencia, no sólo visualizando,

la realidad virtual emplea dispositivos de entrada para recibir los comandos del usuario y

comunicarlos al sistema. De esta forma, es posible dar la oportunidad de tomar decisiones que

envuelvan al usuario dentro del ambiente [30]. Los dispositivos de entrada tradicionales son el

ratón y el teclado. Sin embargo, ya que el usuario no puede ver por fuera de la pantalla, esta

tecnología está empleando dispositivos alternativos, como controles, sensores de seguimiento de

las manos, etc.

Fig. 10. Google Cardboard.

Tomado de: https://goo.gl/5vn9Qs

https://goo.gl/5vn9Qs


Plataformas informáticas

Las aplicaciones de realidad virtual necesitan ejecutarse en un computador. Con el desarrollo de la

tecnología, los dispositivos móviles han avanzado al nivel de poder ofrecer una buena experiencia

en estas aplicaciones, ya que poseen sensores como giroscopios, acelerómetros, cámara, etc [30].

Fig. 11. Controles de HTC Vive y Oculus Rift.

Tomado de: https://goo.gl/jSb7kD

Fig. 12. Dispositivos Móviles con Giroscopio.

Tomado de: https://goo.gl/i9qhXE

https://goo.gl/jSb7kD

https://goo.gl/i9qhXE


Niveles de inmersividad en sistemas de Realidad Virtual

VR de escritorio: El entorno virtual es visto desde una pantalla o monitor que presenta la interfaz.

La interacción se puede realizar por controles convencionales como un teclado. Este es el nivel

más bajo y no gran inmersión al usuario [31].

VR pecera: Es un sistema que consiste en una imagen estéreo de una escena tridimensional,

visualizada en una proyección en perspectiva a la cabeza del usuario. Generalmente, se usan lentes

de obturación estéreo, con un dispositivo de entrada [31].

Sistemas inmersivos: Son sistemas que pueden crear experiencias interactivas más inmersivas que

los dos anteriores sistemas. Para esto, se emplea el uso de HMD [31]. Existen sistemas inmersivos

de Diorama, que son los más sencillos, porque el usuario sólo observa los alrededores del entorno

virtual. También existen los de tipo primera persona, en los cuales el usuario puede desplazarse

por el ambiente haciendo uso de un dispositivo de entrada. Por último, existen lo de tipo ambiente

interactivo, que son parecidos al anterior, pero con la característica adicional de poder interactuar

con los objetos dentro de la escena y obtener alguna respuesta [29].

Herramientas de software

La aparición de más desarrolladores interesados en la creación de contenido de realidad virtual ha

traído consigo nuevo software. Desde motores de videojuegos que soportan está tecnología, hasta

frameworks de realidad virtual basados en navegador [30].

Entre las opciones de desarrollo se encuentra, primeramente, los SDKs. Éstas son librerías de

software que trabajan con el sistema operativo del computador para permitir desarrollar una

aplicación de realidad virtual. En segundo lugar, están los motores de videojuegos como Unity3D

y Unreal engine. Por último, los navegadores web. Frameworks de WebGl y JavaScript 3D están

abriendo paso a la creación de experiencias de realidad virtual multiplataforma.


Fig. 13. Interfaz de Unity3D.


VIII. METODOLOGÍA

Indagar manuales relacionados con los protocolos a seguir durante sismos.

En este paso se buscarán manuales en caso de sismos disponibles en la biblioteca virtual de la

UNGRD (Unidad Nacional para la Gestión del Riesgo de Desastres – Colombia), que estén

relacionados con las distintas recomendaciones que se deben tener en cuenta en el momento en que

inicia un sismo, para así poder reducir lesiones y evitar muertes. Estos manuales servirán para

añadir información verídica dentro de la aplicación.

Seleccionar las medidas de prevención y recomendaciones esenciales.

De todos los protocolos y recomendaciones que se encuentran en los manuales, se escogerán

algunos para, basándose en estos, realizar distintas preguntas al usuario, en las que podrá ver una

recreación de las consecuencias a las que conlleva sus respuestas.

Elaboración de un esquema de las preguntas y respuestas que el usuario visualizará en las escenas

de la emulación.

En esta actividad se organizará cómo será el flujo de la experiencia. Se formulará las preguntas que

aparecen en las escenas de la emulación, junto a tres posibles opciones en cada pregunta, dos de

los cuales llevarán a resultados negativos que se mostrarán al usuario en forma de animaciones. Es

aquí cuando se determina las situaciones durante un sismo que el usuario visualizará con la

aplicación.

Creación de prototipo de la interfaz gráfica de usuario.

Se diseñarán, usando el programa Adobe Illustrator, los elementos serán parte de la interfaz gráfica

de usuario (Botones, cuadros de texto, paleta de colores, etc.…) y las vistas que tendrá la aplicación.

Se escogerá una tipografía adecuada para la lectura del usuario.


Matriz de necesidades de los recursos de cada escena de la experiencia.

Se realizará una matriz de todos los recursos multimedia necesarios para crear el ambiente virtual

de las situaciones de un sismo que se mostrarán en la aplicación. Modelos 3D de mobiliarios,

edificaciones, vehículos, arboles, etc. Además de imágenes vectoriales y animaciones.

Modelar los objetos 3D que serán parte del ambiente virtual.

Con el programa Autodesk Maya, se modelarán todos los recursos de la lista en un estilo gráfico

Low-poly. Posteriormente, se exportarán como archivos FBX, listos para ser importados a otras

plataformas.

Animar las escenas necesarias para la aplicación.

Se animarán todas las escenas resultantes que el usuario visualizará según las respuestas que escoja

en cada pregunta.

Comprobar la compatibilidad de los sistemas de hardware y software.

Se verificará que el dispositivo móvil tenga los sensores necesarios para correr la aplicación

(giroscopio, acelerómetro, etc.). Además, se instalará el software Unity y el entorno de desarrollo

Android Studio.

Importar los recursos a un proyecto de Unity.

Se importarán cada uno de los recursos que hacen parte del entorno de la aplicación y assets de

realidad virtual para, así, construir las escenas de las preguntas dentro de un proyecto de la

plataforma Unity.

Desarrollar y adaptar los scripts necesarios para la aplicación.


En esta actividad se desarrollarán los scripts que se encargarán de la funcionalidad de la aplicación,

usando el entorno de desarrollo integrado, MonoDevelop. Además, se adaptarán lo adaptarán los

scripts de assets de realidad virtual disponibles en las librerías de Unity.

Compilación del proyecto en un archivo ejecutable.

Una vez lista la aplicación, se creará un archivo ejecutable APK para que pueda usarse en

dispositivos Android.

Ajustar y calibrar el funcionamiento de la aplicación a un dispositivo de realidad virtual tipo

HMD.

Se realizarán todos los ajustes y cambios necesarios para que la aplicación pueda ejecutarse en un

dispositivo head-mounted display (HMD), como las Google cardboard, sin presentar ningún error.


IX. RESULTADOS

Se escogió la categoría móvil de head-mounted display (HMD) como las gafas VR para este

proyecto, semejantes a las Google Cardboard. Además, el dispositivo móvil utilizado para

proyectar el ambiente virtual fue un Motorola G2.

Para el desarrollo de los assets 3D de este proyecto se empleó el programa Autodesk Maya 2017.

Cabe resaltar que los elementos modelados fueron hechos en un estilo Low Poly (De pocos

polígonos), esto se debe a que, para garantizar el rendimiento de la aplicación en el dispositivo

Fig. 14. Motorola G2 con aplicación en ejecución.

Fig. 15. Dispositivo HMD VR Glass


móvil, es necesario incorporar geometrías que no aumenten exuberantemente el trabajo de

renderizado en tiempo real.

Posteriormente, los modelos se exportaron a formato FBX para ser incorporados al proyecto de

Unity3D (versión 2017.3.1f1), la herramienta de software escogida para la creación de la aplicación

y todos los scripts necesarios. Además, se utilizó la versión 3.1.3 de Android Studio y el paquete

de Google VR SDK 1.130.1 para Unity con Android.

Los elementos de la interfaz con las que interactúa el usuario durante la experiencia se realizaron

en Adobe Illustrator CC 2018.

Fig. 16. Modelos 3D en Autodesk Maya 2017.


En total, se crearon nueve escenarios. El primero, siendo el escenario de introducción al usuario

para concientizarlo de las prevenciones a tomar antes de que ocurra un sismo. Aquí, el usuario se

desplaza por medio de cuartos mientras el narrador explica acerca del tema.

En este primer escenario existió un inconveniente. El texto informativo que se agregó a los tableros

de la escena se desenfocaba debido a las capacidades del dispositivo móvil y los lentes del HMD

para proyectar la imagen. Los objetos a gran distancia del usuario son afectados por aliasing de la

renderización en tiempo real, causando que el texto fuese ilegible. Por ende, se eliminó el texto,

dejando al narrador hacer toda la explicación, tarea que cumplió satisfactoriamente.

Fig. 18. Escena introductoria de la aplicación en Unity3D.

Fig. 17. Elementos Interfaz de Usuario.


A partir de aquí, el flujo de la aplicación depende de las respuestas que elija el usuario en cada

escenario. El narrador explica la situación y el participante de la experiencia tiene la oportunidad

de elegir una opción o camino a tomar. Si la respuesta es equivocada, se le muestra una animación

que representa lo que sucedería, más una explicación del narrador sobre porqué no debe hacer tal

acción durante un sismo, posteriormente se le da la oportunidad al usuario de repetir la escena. Por

otro lado, si la respuesta es correcta, se muestra una animación más la justificación del narrador, y

se le permite avanzar a la siguiente escena.

Fig. 20. Diagrama de Flujo de la Aplicación.

Fig. 19. Usuario escogiendo opción visto desde el dispositivo móvil.


Los próximos cuatro escenarios después de la introducción son representaciones de situaciones

comunes que podrían ocurrir durante un sismo.

Fig. 21. Escenario de habitación.

Fig. 22. Escenario automóvil.


Fig. 23. Escenario oficina.

Fig. 24. Escenario ciudad.


Los últimos cuatro escenarios representan las situaciones comunes que podrían ocurrir después del

desastre natural.

Fig. 25. Escenario teléfono público.

Fig. 26. Escenario persona herida.


Fig. 27. Escenario casa destruida.

Fig. 28. Escenario sala.


Alrededor de ocho scripts diferentes fueron creados para el funcionamiento de la aplicación, con

el lenguaje C# y en el entorno de desarrollo integrado MonoDevelop.

A continuación, se presentan unas capturas del prototipo de la aplicación en funcionamiento.

Fig. 29. Script en Monodevelop.

Fig. 30. Escenario de oficina durante sismo visto en la aplicación.


Fig. 31. Escenario de automóvil respuesta incorrecta visto en la aplicación.

Fig. 32. Escenario sala después de un sismo visto en la aplicación.


Fig. 33. Escenario ciudad respuesta correcta visto en la aplicación.

Fig. 34. Escenario ciudad después de sismo visto en la aplicación.


XI. CONCLUSIONES

A. Objetivo general de la investigación

Desarrollar un prototipo de aplicación de realidad virtual que recree los diferentes escenarios

resultantes de las acciones tomadas por el usuario en una situación de un sismo. Debido a las

actividades sísmicas que se han presentado en distintas ciudades del país y el auge que ha tomado

actualmente las experiencias interactivas digitales, surgió la propuesta de desarrollar un prototipo

de Realidad Virtual que informe a los usuarios sobre las reglas básicas de supervivencia a sismo,

así creando una alternativa moderna a los métodos tradicionales de concientización sobre estos

eventos.

Para llevar a cabo un proyecto de este tipo, es necesario realizar una amplia investigación de los

manuales publicados por las entidades de gestión de riesgo de desastres de Colombia para

identificar las prevenciones más importantes a informarle al usuario y formular los posibles

escenarios a incluir en la aplicación. Por tanto, este prototipo sólo posee unas cuantas de las muchas

prevenciones y situaciones que pueden ocurrir. Para un proyecto definitivo se requiere hacer un

estudio más profundo de los riesgos de un sismo.

Los dispositivos HMD que funcionan con teléfonos móviles, así como el Google Cardboard,

pueden ser muy prácticos para personas que se están iniciando en el área de la Realidad Virtual, ya

que son de costos accesibles y se obtienen resultados aceptables. Sin embargo, genera desenfoque

y aliasing al momento de proyectar la imagen, reduciendo la satisfacción de la experiencia.

Conociendo esto, es más apropiado optar por dispositivos de mejor calidad como las Oculus Rift o

las HTC Vive, para el desarrollo de un producto final. Aunque, ha de tenerse en cuenta que, si el

proyecto tiene como fin ser accesible a un amplio público, entonces las gafas más sofisticadas

cuentan con una menor cantidad de usuarios debido a su precio.

Desarrollar una aplicación de Realidad Virtual que informe a un usuario de forma interactiva las

prevenciones para un sismo es posible. Este proyecto, aún siendo un prototipo, permite ver que

puede crearse una aplicación más completa que resulte más realista al usuario y cuenten con mayor


interactividad. Asimismo, el software Unity3D es una herramienta útil para la creación de este tipo

de aplicaciones, ya que posee paquetes que facilitan el proceso de trabajo, evitando tener que iniciar

todo el proyecto desde cero, lo cual aumentaría el tiempo de trabajo.


XII. RECOMENDACIONES

Los resultados mencionados anteriormente fueron satisfactorios, ahora bien, a continuación, se

presentan una serio de recomendaciones para tener en cuenta durante el desarrollo de estos

proyectos para evitar ciertos errores.

Como se explicó en las conclusiones, los dispositivos HMD que funcionan con teléfonos móviles

presentan dificultades al momento de proyectar una imagen nítida y que no cause dificultad en la

visión del entorno virtual. Si se desea crear una aplicación de optima calidad, es recomendable

dirigir el producto a dispositivos HMD de categoría consola.

Los elementos 3D ha incluir en el entorno virtual deben ser tener la mínima cantidad de polígonos

posible. Las geometrías complejas exigen más procesamiento, reduciendo el rendimiento de la

experiencia. El uso de texturas en los modelos para reducir la cantidad de caras extruidas genera

modelos más eficientes y pueden contribuir a aumentar la realidad del entorno, a pesar de tener

elementos con formas sencillas.

Aunque el uso de texto informativo puede ofrecer información adicional al usuario, no es

recomendable implementar mensajes extendidos y de tamaño reducido. Además del inconveniente

explicado anteriormente, el cual causa que el texto se desenfoco debido a la proyección generada,

también debe considerarse que la lectura constante de información puede cansar al usuario e,

igualmente, evitar que pueda inspeccionar libremente todos los elementos del entorno virtual.

Añadir un narrador que explique las situaciones y justificaciones resulta más eficiente e intuitivo.


REFERENCIAS

[1] O. D. Cardona, G. Wilches, X. García, E. Mansilla, F. Ramírez y M. C. Marulanda, «Estudio

sobre desastres ocurridos en Colombia: Estimación de pérdidas y cuantificación de costos,»

Evaluación de Riesgos Naturales - Colombia (ERN), Bogotá D.C., 2004.

[2] Duque Escobar Gonzalo, «bdigital Repositorio Institucional UN,» 2008. [En línea].

Available: https://goo.gl/VC8rqX.

[3] E. Hsu, Y. Li, J. Bayram, D. Levinson, S. Yang y C. Monahan, «State of Virtual Reality

Based Disaster Preparedness and Response Training,» PLOS Currents Disasters, vol. 5, nº

1, pp. 1-9, 2013.

[4] P. Andreatta, E. Maslowski, S. Petty, W. Shim, M. Marsh, T. Hall, S. Stern y J. Frankel,

«Virtual Reality Triage Training Provides a Viable Solution for Disaster‐ preparedness,» the

Society for Academic Emergency Medicine, vol. 17, nº 8, pp. 870-876, 2010.

[5] S. Farra, E. Miller, N. Timm y J. Schafer, «Improved Training for Disasters Using 3-D Virtual

Reality Simulation,» Western Journal of Nursing Research, vol. 35, nº 5, pp. 655-671, 2013.

[6] L. Li, M. Zhang, F. Xu y S. Liu, «ERT-VR: an immersive virtual reality system for

emergency rescue training,» Virtual Reality, vol. 8, nº 3, p. 194–197, 2005.

[7] A. Chaudhry, C. Suttont, J. Wood, R. Wood y R. McCloy, «Learning rate for laparoscopic

surgical skills on MIST VR, a virtual reality simulator: quality of human-computer

interface.,» Annals of The Royal College of Surgeons of England, vol. 81, nº 4, p. 281–286,

1999.

[8] H.-M. Huang, U. Rauch y S.-S. Liaw, «Investigating learners’ attitudes toward virtual reality

learning environments: Based on a constructivist approach,» Computers & Education, vol.

55, nº 3, pp. 1171-1182, 2010.

[9] EKU Online, «How the Department of Homeland Security Can Use Virtual Reality for

Disaster Response Training,» 2016. [En línea]. Available: https://goo.gl/qBQQgW.

[10] S. Bernardes, F. Rebelo, E. Vilar, P. Noriega y T. Borges, «Methodological approaches for

use virtual reality to develop emergency evacuation simulations for training, in emergency

situations,» Procedia Manufacturing, vol. 3, pp. 6313-6320, 2015.


[11] H. Petersson, D. Sinkvist, C. Wang y . Ö. Smedby, «Web‐ based interactive 3D visualization

as a tool for improved anatomy learning,» American Association of Anatomists, vol. 2, nº 2,

pp. 61-68, 2009.

[12] N. Choudhury, N. Gélinas-Phaneuf, S. Delorme y R. Del Maestro, «Fundamentals of

Neurosurgery: Virtual Reality Tasks for Training and Evaluation of Technical Skills,» World

Neurosurgery, vol. 80, nº 5, pp. e9-e19, 2013.

[13] S. Kothari, B. Kaplan, . E. DeMaria, T. Broderick y R. Merrell, «Training in Laparoscopic

Suturing Skills Using a New Computer-Based Virtual Reality Simulator (MIST-VR)

Provides Results Comparable to Those with an Established Pelvic Trainer System,» Journal

of Laparoendoscopic & Advanced Surgical Techniques, vol. 12, nº 3, pp. 167-173, 2004.

[14] P. Wang, A. Becker, I. Jones, A. Glover, S. Benford, C. Greenhalgh y M. Vloeberghs, «A

virtual reality surgery simulation of cutting and retraction in neurosurgery with force-

feedback,» Computer Methods and Programs in Biomedicine, vol. 84, nº 1, pp. 11-18, 2006.

[15] E. Erel, B. Aiyenibe y P. Butler, «Microsurgery simulators in virtual reality: Review,»

Microsurgery, vol. 23, nº 2, pp. 147-152, 2003.

[16] John Gaudiosi, «NASA astronauts have already been to Mars – in VR,» 2016. [En línea].

Available: https://www.digitaltrends.com/virtual-reality/how-nasa-is-using-virtual-reality-

to-train-astronauts/.

[17] Sarah Lewin, «Mars 2030: What It Was Like to Explore the Red Planet in Virtual Reality,»

2017. [En línea]. Available: https://goo.gl/3Uj5AN.

[18] Jon Martindale, «Reach out and touch virtual reality with the Manus VR glove,» 2016. [En

línea]. Available: https://www.digitaltrends.com/virtual-reality/manus-vr-glove-q2-2016/.

[19] F. Xu, X. Chen, A. Ren y X. Lu, «Earthquake Disaster Simulation for an Urban Area, with

GIS, CAD, FEA, and VR Integration,» Tsinghua Science and Technology, vol. 13, nº S1, pp.

311-316, 2008.

[20] M. Louka y C. Balducelli, «Virtual Reality Tools for Emergency Operation Support and

Training,» 2001. [En línea]. Available: https://goo.gl/vtKLuR.

[21] E-Semble, «XVR Virtual Reality training software for safety and security,» 2009. [En línea].

Available: https://goo.gl/Gn5bJP.


[22] A. Moreno, J. Posada, Á. Segura, A. Arbelaiz y A. García-Alonso , «Interactive fire spread

simulations with extinguishment support for Virtual Reality training tools,» Fire Safety

Journal, vol. 64, pp. 48-60, 2014.

[23] S. Verhulst , «Virtual tsunami simulator could help civilians prepare for the worst,» 2016.

[En línea]. Available: http://thegovlab.org/virtual-tsunami-simulator-could-help-civilians-

prepare-for-the-worst/.

[24] EON Reality, «Virtual Disaster Preparedness,» [En línea]. Available:

https://www.eonreality.com/portfolio-items/virtual-disaster-preparedness/.

[25] Glitch Studios, «Red Cross Disaster traning in VR | by Glitch,» 2016. [En línea]. Available:

https://www.youtube.com/watch?v=OVd8m3IGeC4.

[26] S. Farra, E. Miller y E. Hodgson, «Virtual reality disaster training: Translation to practice,»

Nurse Education in Practice, vol. 15, nº 1, pp. 53-57, 2015.

[27] C. Foronda, K. Shubeck, S. Swoboda, K. Warren, C. Budhathoki, N. Sullivan y X. Hu,

«Impact of Virtual Simulation to Teach Concepts of Disaster Triage,» Clinical Simulation in

Nursing, vol. 12, nº 4, pp. 137-144, 2016.

[28] G. Beroggi, L. Waisel y W. Wallace, «Employing virtual reality to support decision making

in emergency management,» Safety Science, vol. 20, nº 1, pp. 79-88, 1995.

[29] J. Linowes y M. Schoen, Cardboard VR Projects for Android, 1 ed., Mumbai: Packt

Publishing, 2016.

[30] T. Parisi, Learning Virtual Reality: Developing Immersive Experiences and Applications for

Desktop, Web, and Mobile, 1 ed., sebastopol: O'Reilly Media, 2015.

[31] T. Mazuryk y M. Gervautz, «Virtual Reality - History, Applications, Technology and

Future,» [En línea]. Available: https://goo.gl/XwKi5T.

[32] J. Linowes, Unity Virtual Reality Projects: Explore the world of virtual reality by building

immersive and fun VR projects using Unity 3D, Mumbai: Packt Publishing, 2015.

[33] T. Mujber, T. Szecsi y M. Hashmi, «Virtual reality applications in manufacturing process

simulation,» Journal of Materials Processing Technology, vol. 156, pp. 1834-1838, 2004.


ANEXOS

Anexo 1. Archivo APK. de la aplicación.

Se exportó un archivo APK que puede ser instalado en dispositivos móviles Android para probar

la aplicación Sismos VR.

Anexo 2. Artbook de la aplicación.

Se creó un libro de arte de la aplicación para proveer más información sobre la propuesta y

objetivos del proyecto. Asimismo, este documento muestra de una forma más estética todos los

elementos visuales e escenarios realizados, junto con sus bocetos.

prototipo de aplicación de realidad virtual para la

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