포스 피드백 기초 튜토리얼

이 튜토리얼에서는 강성과 감쇠를 모두 고려하여, 공과 같은 정적 물체와의 접촉 시 나타나는 물리적 특성을 재현하는 간단한 햅틱 시뮬레이션을 만드는 과정을 단계별로 안내합니다. 이 튜토리얼을 마치면, 공의 존재를 느낄 수 있고 다양한 햅틱 경험을 위해 공의 강성 및 감쇠 특성을 조정할 수 있는 시뮬레이션을 완성하게 됩니다.

서론

이 튜토리얼의 핵심 과제는 강성과 감쇠 특성을 모두 지닌 구체와 접촉할 때 발생하는 힘을 계산하는 함수를 개발하는 것입니다. 이 맥락에서 강성은 스프링과 같은 역할을 하며, 압축될수록 더 큰 힘을 발생시킵니다. 반면 감쇠는 물체가 움직이는 데 대한 저항을 나타내며, 물체가 빠르게 움직일수록 이 저항은 더 커집니다.

장면 구성

먼저, 다음의 지침에 따라 햅틱 리그를 설정하는 것부터 시작하세요. “첫걸음” 사용 안내 설명된 대로, 다음의 위치, 회전 및 크기가 햅틱 오리진 auf (0, 0, 0) 또는 (1, 1, 1) 정해져 있다.

그런 다음 다음과 같은 이름의 구체를 생성하십시오. Sphere 다음과 같은 특성을 지닌:

• 위치: (0, 0, -0.1) (기기에서 약 10cm 앞)
• 스케일링: (0.2, 0.2, 0.2) (지름 20cm의 구에 해당함)

포스 피드백 스크립트

GameObject에 다음을 추가하세요 구체 "라는 이름의 새로운 C# 스크립트 SphereForceFeedback.cs hinzu. 이 스크립트는 공과 접촉할 때 Inverse3 커서에 작용하는 힘을 계산하며, 이때 강성과 감쇠를 고려합니다. 스크립트에 대해 다음 속성을 설정하십시오:

[SerializeField]
private Inverse3 inverse3;

[Range(0, 800)]
public float stiffness = 300f;
[Range(0, 3)]
public float damping = 1f;

private Vector3 _ballPosition;
private float _ballRadius;
private float _cursorRadius;

힘 계산은 커서가 구체를 관통할 때에만 수행되어야 하며, 이를 통해 정의된 강성과 감쇠 특성을 가진 물리적 물체를 만지는 듯한 느낌을 재현해야 합니다. 방법 ForceCalculation 이 기능을 담당하며 커서의 위치와 속도를 모두 고려합니다:

private Vector3 ForceCalculation(Vector3 cursorPosition, Vector3 cursorVelocity, float cursorRadius,
    Vector3 otherPosition, float otherRadius)
{
    var force = Vector3.zero;

    var distanceVector = cursorPosition - otherPosition;
    var distance = distanceVector.magnitude;
    var penetration = otherRadius + cursorRadius - distance;

    if (penetration > 0)
    {
        // Normalize the distance vector to get the direction of the force
        var normal = distanceVector.normalized;

        // Calculate the force based on penetration
        force = normal * penetration * stiffness;

        // Apply damping based on the cursor velocity
        force -= cursorVelocity * damping;
    }

    return force;
}

private void OnDeviceStateChanged(object sender, Inverse3EventArgs args)
{
    var inverse3 = args.DeviceController;
    // Calculate the ball force
    var force = ForceCalculation(inverse3.CursorLocalPosition, inverse3.CursorLocalVelocity,
        _cursorRadius, _ballPosition, _ballRadius);

    inverse3.SetCursorLocalForce(force);
}

메서드 내에서 초기화하십시오 Awake _ballPosition, _ballRadius 그리고 _cursorRadius, 장면 데이터를 설정하려면:

private void SaveSceneData()
{
    var t = transform;
    _ballPosition = t.position;
    _ballRadius = t.lossyScale.x / 2f;

    _cursorRadius = inverse3.Cursor.Radius;
}

private void Awake()
{
    SaveSceneData();
}

콜백이 OnDeviceStateChanged 에서 OnEnable 등록되어 있으며 OnDisable 상호작용 중에 포스 피드백을 올바르게 처리하기 위해 다시 등록되어야 합니다:

protected void OnEnable()
{
    inverse3.DeviceStateChanged += OnDeviceStateChanged;
}

protected void OnDisable()
{
    inverse3.DeviceStateChanged -= OnDeviceStateChanged;
}

게임플레이 경험

Inverse3 커서를 누른 상태에서 플레이 모드를 시작하고 공에 닿아 보세요. 공의 존재감을 느낄 수 있으며, Unity 인스펙터를 통해 공의 강성과 감쇠 특성을 조정할 수 있습니다. 이를 통해 가상 객체와 상호작용할 때 실감 나는 느낌을 얻을 수 있습니다.

원본 파일

이 예제에 포함된 전체 장면과 관련 파일은 Unity의 패키지 관리자에서 ‘예제 튜토리얼’을 통해 가져올 수 있습니다.

SphereForceFeedback.cs

/*
 * Copyright 2024 Haply Robotics Inc. All rights reserved.
 */

using Haply.Inverse.DeviceControllers;
using Haply.Inverse.DeviceData;
using UnityEngine;

namespace Haply.Samples.Tutorials._2_BasicForceFeedback
{
    public class SphereForceFeedback : MonoBehaviour
    {
        public Inverse3Controller inverse3;

        [Range(0, 800)]
        // Stiffness of the force feedback.
        public float stiffness = 300f;

        [Range(0, 3)]
        public float damping = 1f;

        private Vector3 _ballPosition;
        private float _ballRadius;
        private float _cursorRadius;

        /// <summary>
        /// Stores the cursor and sphere transform data for access by the haptic thread.
        /// </summary>
        private void SaveSceneData()
        {
            var t = transform;
            _ballPosition = t.position;
            _ballRadius = t.lossyScale.x / 2f;

            _cursorRadius = inverse3.Cursor.Radius;
        }

        /// <summary>
        /// Saves the initial scene data cache.
        /// </summary>
        private void Awake()
        {
            inverse3 ??= FindObjectOfType<Inverse3Controller>();
            inverse3.Ready.AddListener((device, args) => SaveSceneData());
        }

        /// <summary>
        /// Subscribes to the DeviceStateChanged event.
        /// </summary>
        private void OnEnable()
        {
            inverse3.DeviceStateChanged += OnDeviceStateChanged;
        }

        /// <summary>
        /// Unsubscribes from the DeviceStateChanged event.
        /// </summary>
        private void OnDisable()
        {
            inverse3.DeviceStateChanged -= OnDeviceStateChanged;
            inverse3.Release();
        }

        /// <summary>
        /// Calculates the force based on the cursor's position and another sphere position.
        /// </summary>
        /// <param name="cursorPosition">The position of the cursor.</param>
        /// <param name="cursorVelocity">The velocity of the cursor.</param>
        /// <param name="cursorRadius">The radius of the cursor.</param>
        /// <param name="otherPosition">The position of the other sphere (e.g., ball).</param>
        /// <param name="otherRadius">The radius of the other sphere.</param>
        /// <returns>The calculated force vector.</returns>
        private Vector3 ForceCalculation(Vector3 cursorPosition, Vector3 cursorVelocity, float cursorRadius,
            Vector3 otherPosition, float otherRadius)
        {
            var force = Vector3.zero;

            var distanceVector = cursorPosition - otherPosition;
            var distance = distanceVector.magnitude;
            var penetration = otherRadius + cursorRadius - distance;

            if (penetration > 0)
            {
                // Normalize the distance vector to get the direction of the force
                var normal = distanceVector.normalized;

                // Calculate the force based on penetration
                force = normal * penetration * stiffness;

                // Apply damping based on the cursor velocity
                force -= cursorVelocity * damping;
            }

            return force;
        }

        /// <summary>
        /// Event handler that calculates and send the force to the device when the cursor's position changes.
        /// </summary>
        /// <param name="sender">The Inverse3 data object.</param>
        /// <param name="args">The event arguments containing the device data.</param>
        private void OnDeviceStateChanged(object sender, Inverse3EventArgs args)
        {
            var inverse3 = args.DeviceController;
            // Calculate the ball force
            var force = ForceCalculation(inverse3.CursorLocalPosition, inverse3.CursorLocalVelocity,
                _cursorRadius, _ballPosition, _ballRadius);

            inverse3.SetCursorLocalForce(force);
        }
    }
}