기본적인 힘 감각 피드백 튜토리얼

이 튜토리얼에서는 구체와 같은 정적 오브젝트와의 접촉이 지닌 물리적 특성을 재현하기 위해, 강성과 감쇠를 모두 반영한 기본적인 힘 감각 시뮬레이션을 제작합니다. 이 튜토리얼을 마치면, 구체의 존재를 감지하고 다양한 힘 감각 경험에 따라 강성과 감쇠 특성을 조정할 수 있는 시뮬레이션이 완성됩니다.

서문

이 튜토리얼의 핵심 과제는강성과 감쇠를 모두 지닌 구체와의접촉으로 인해 발생하는 힘을 계산하는 함수를 개발하는 것입니다. 이 맥락에서 강성은 스프링처럼 작용하여, 압축될수록 더 큰 힘을 발생시킵니다. 반면, 감쇠는 물체의 움직임에 대한 저항을 나타내며, 물체가 빠르게 움직일수록 더 큰 저항을 가합니다.

장면 설정

입문 가이드설명된 대로 Haptic Rig를 설정합니다. 이때,햅틱 오리진 위치, 회전, 크기가 각각 (0, 0, 0)、(1, 1, 1) 로 설정되어 있는지 확인해 주십시오.

다음으로, 다음과 같은 속성을 가진 Sphere 라는 이름의 구체를 생성합니다.

• 위치: (0, 0, -0.1)(기기 전면에서 약 10cm)
• 규모: (0.2, 0.2, 0.2)(지름 20cm의 구에 해당)

힘 감지 피드백 스크립트

구체 GameObject에,SphereForceFeedback.cs 라는 이름의 새로운 C# 스크립트를 추가합니다. 이 스크립트는 구체와 접촉할 때 ‘ Inverse3 ’ 커서에 가해지는 힘을, 강성과 감쇠를 모두 고려하여 계산합니다. 다음 속성을 사용하여 스크립트를 초기화합니다:

[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;

힘의 계산은 커서가 구체 안으로 들어갔을 때만 수행해야 합니다. 이를 통해 정의된 강성과 감쇠 특성을 지닌 물리적 객체에 닿는 느낌을 재현할 수 있습니다. ForceCalculation 이 메서드가 이를 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);
}

Awake 메서드에서, 씬 데이터를 설정하기 위해 _ballPosition、_ballRadius、_cursorRadius 을 초기화합니다:

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

    _cursorRadius = inverse3.Cursor.Radius;
}

private void Awake()
{
    SaveSceneData();
}

OnEnable 메서드와 OnDisable 메서드별로 OnDeviceStateChanged 콜백을 등록 및 해제하고, 상호작용 중에 힘 감각 피드백을 적절히 처리해 주십시오:

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

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

게임 플레이 체험

Inverse3 커서를 누른 상태에서 플레이 모드로 들어가 구를 터치해 보세요. 구의 존재감을 느낄 수 있으며, Unity의 인스펙터를 통해 강성과 감쇠 특성을 조정할 수 있습니다. 이를 통해 가상 오브젝트와의 상호작용을 직접 체감할 수 있습니다.

소스 파일

이 예제의 전체 장면과 관련 파일은 모두 Unity의 패키지 관리자(Package Manager)에 있는 Tutorials 샘플에서 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);
        }
    }
}