Diseño e implementación de un juego matemático de disparos en 3d y análisis de los dispositivos interacción de 2d y 3D



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Herramientas de desarrollo

Las herramientas que han sido seleccionadas para el desarrollo del proyecto fueron elegidas por diferentes criterios como la experiencia en el manejo de la herramienta, la curva de aprendizaje de nuevas herramientas adoptadas y la facilidad de implementación.


  1. Herramientas de Software


Dentro de las herramientas que se utilizaron en el desarrollo del proyecto se incluyen las siguientes:

  • OpenSceneGraph

  • 3D Studio Max

  • Simple DirectMedia Layer (SDL)

  • OsgExporter

  • Microsoft Visual C++ Express Edition

  • Polhemus SDK

  • 5DT Data Glove SDK



OpenSceneGraph


OpenSceneGraph (OSG) es un marco de trabajo utilizado para desarrollar aplicaciones gráficas de realidad virtual en diferentes campos como: simulaciones, juegos, visualización científica [30].

El OSG es multiplataforma, desarrollado en C++, se basa en gráficos de escena que proporciona un marco de trabajo orientado a objetos cuyo núcleo se centra en OpenGL. Ha sido concebido como el líder mundial en tecnología de escenas gráficas, debido a utilidades adicionales para el desarrollo rápido de aplicaciones, lo que facilita al programador de evitar hacer llamadas a librerías de bajo nivel [31].

El OSG emplea técnicas de grafos de escena para contener toda la información relativa a la escena generada. Un grafo de escena es una estructura de datos que permite crear una estructura jerárquica de la escena, de tal forma que se mantengan una serie de relaciones padre-hijo entre los distintos elementos. Por ejemplo, variaciones de posición y orientación en el nodo padre afectan a los nodos hijos.

La elección de OSG se ha basado fundamentalmente en su código abierto, su gratuidad, su independencia de la plataforma y, sobretodo, sus posibilidades de expansión.

El principal inconveniente es la falta de documentación específica. Pero este problema es minimizado mediante una serie de ejemplos que aportan los conocimientos básicos de las distintas capacidades de la librería [32].

Aunque carece de un motor para física, hay varios grupos de desarrollo que han implementado un motor de física que incluyen funciones básicas de física como detección de colisiones, fuerza de gravedad, fuerza centrípeta, etc. Entre ellos tenemos el Vortex [33] que es un plugin que se adapta al OSG para mejorar y optimizar el desarrollo de simulaciones en tiempo real.

Lamentablemente los motores de física que han ido desarrollando para ampliar la comunidad del OSG no son gratuitos por lo que quizás sea una desventaja para OSG, pero que con el tiempo se espera que el propio OSG incluya su motor de física.

Los puntos fuertes del OSG son su rendimiento, escalabilidad, portabilidad y las ganancias de productividad asociadas con el uso de un escenario completamente gráfico [30].

Para leer y escribir bases de datos, OSG ha incluido un plugin (osgDB) que soporta una variedad de formatos incluyendo base de datos 3D y varios formatos de imagen.

OSG se ejecuta desde portátiles hasta computadores de varios núcleos, multiGPU y sistemas de clúster. Esto es posible porque soporta múltiples contextos gráficos OpenGL, ha sido diseñado para hacer caché de datos locales y hacer uso de él casi en su totalidad como sólo lectura. Esto permite funcionar en múltiples CPU's que están vinculados a varios subsistemas de gráficos. Soporta múltiples gráficos y contexto multihilo a través de osgViewer.



3D Studio Max


3D Studio Max es una aplicación que permite crear modelos y animaciones en 3 dimensiones a partir de una serie de herramientas. La utilización de 3D Studio Max permite al usuario la fácil visualización y representación de los modelos, así como su exportación en otros formatos distintos del que utiliza el propio programa. Esta función permite al usuario complementar el 3D Studio Max con sus otras herramientas de trabajo y desarrollo [34].

Simple DirectMedia Layer (SDL)


SDL es un conjunto de librerías multimedia, multiplataforma, diseñado para proporcionar acceso de bajo nivel para audio, teclado, ratón, joystick, y hardware 3D mediante OpenGL. Estas librerías son utilizadas por muchos juegos, también incluyendo programas de reproducción de música.

SDL soporta Linux, Windows, Mac OS X, FreeBSD, Solaris, IRIX. Además, el código incluye soporte para Dreamcast, Atari, AIX, SymbianOS, pero no son oficiales. El SDL está escrito en C, pero utiliza clases nativas para otros lenguajes como C++, C#, Erlang, Haskell, Java, ML, Pascal, Perl, PHP, Python, Ruby.


SDL se distribuye bajo licencia GNU LGPL versión 2. Esta licencia permite el uso de SDL libremente en los programas comerciales, siempre y cuando se vincule con la biblioteca dinámica [35].

OSGExporter


OsgExporter es un plugin para 3D Studio Max que permite exportar los objetos en el formato nativo de OpenSceneGraph (.osg y .ive). El OsgExporter es una fuente de código abierta, tiene soporte para exportar geometría, material, textura, mapas de ambiente, cámaras y animaciones de la escena en 3D Studio Max [36].

Microsoft Visual C++ Express Edition


Visual C++ 2008 Express es un entorno de desarrollo integrado (IDE), creado por Microsoft dirigido para los desarrolladores que quieran programar en este lenguaje con una herramienta gratuita. Esta edición Express es más ligera que la versión de Visual Studio 2008, contiene todo lo necesario para programar aplicaciones en C++ [37].

Polhemus SDK


El tracker electromagnético Polhemus Liberty incluye un CD de instalación el cual provee las librerías necesarias para poder desarrollar programas con el tracker. El conjunto de librerías también llamado PDI (Polhemus Developer Interface) ha sido desarrollado para facilitar la comunicación entre la entrada de bajo nivel de datos con la aplicación [38].

Para poder desarrollar una aplicación utilizando el Polhemus Liberty se necesitan incluir las librerías y encabezados que vienen en el SDK, en el proyecto de Visual C++ Express Edition.



5DT Data Glove SDK


El SDK del Data Glove es un conjunto de librerías que proporciona el acceso a los datos de los guantes virtuales a un nivel intermedio.

El SDK del Data Glove soporta los sistemas operativos de Windows Me/98/XP, y sus librerías (.lib), encabezados (.h) y vínculos dinámicos (.dll) pueden ser incluidos dentro de un proyecto de Visual Studio C++.

La funcionalidad del SDK del Data Glove permite manejar varias instancias a la vez, es de fácil uso al incluirlo en el código, tiene una auto calibración de los sensores, reconoce 15 gestos básicos sin necesidad de entrenarlos con anterioridad y se pueden agregar funciones de calibración [39].

  1. Herramientas del Hardware


Para el desarrollo del juego educativo se utilizaron, entre los equipos que se encuentran en el área de realidad virtual: el tracker electromagnético Polhemus para el posicionamiento del jugador, el 5DT Data Glove para el reconocimiento de gestos, una pistola de juguete para simular el disparo a la proyección y el proyector 3D Ben Q Depth (figura 3.8).

Los equipos que se involucran para la interacción del juego corresponden a una composición entre un sistema de realidad virtual de escritorio y un sistema de realidad virtual inmersivo.





Figura 3.8 Equipos utilizados en el desarrollo del juego.



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