기본 포스 피드백 튜토리얼

이 튜토리얼에서는 구체와 같은 정적 객체와 접촉했을 때의 물리적 특성을 시뮬레이션하며, 강성(stiffness)과 감쇠(damping)를 모두 반영한 기본 햅틱 시뮬레이션을 만드는 과정을 안내합니다. 이 튜토리얼을 마치면 구체의 존재를 느낄 수 있으며, 다양한 햅틱 경험을 위해 강성과 감쇠 속성을 조정할 수 있는 시뮬레이션이 완성됩니다.

소개

이 튜토리얼의 핵심 과제는 강성과 감쇠를모두 지닌 구체와 접촉할 때 발생하는 힘을 계산하는 함수를 개발하는 것입니다. 이 맥락에서 강성은 스프링처럼 작용하여, 압축이 심해질수록 더 큰 힘을 발생시킵니다. 반면 감쇠는 물체의 움직임에 대한 저항을 나타내며, 물체가 빠르게 움직일수록 더 큰 저항을 제공합니다.

씬 설정

시작하기 가이드설명에 나와 있는 대로 Haptic Rig를 설정하는 것부터 시작하고, 햅틱 오리진위치, 회전, 크기가 각각 (0, 0, 0)과 (1, 1, 1)로 설정되어 있는지 확인하십시오.

그런 다음 다음과 같은 속성을 가진 Sphere라는 이름의 구체를 생성하십시오:

• 위치: (0, 0, -0.1) (장치 앞쪽 약 10cm)
• 스케일: (0.2, 0.2, 0.2) (지름 20cm의 구에 해당)

포스 피드백 스크립트

구체 GameObject에 SphereForceFeedback.cs라는 이름의 새로운 C# 스크립트를 추가하십시오. 이 스크립트는 구체와 접촉할 때 ‘ Inverse3 ’ 커서에 가해지는 힘을 강성과 감쇠를 모두 고려하여 계산합니다. 스크립트를 다음 속성으로 초기화하십시오:

[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 이루어져야 하며, 이를 통해 정의된 강성과 감쇠 특성을 지닌 실제 물체를 만지는 감각을 시뮬레이션합니다. 이를 담당하는 것은 ForceCalculation 이 메서드는 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, _cursorRadius를 초기화하십시오:

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

    _cursorRadius = inverse3.Cursor.Radius;
}

private void Awake()
{
    SaveSceneData();
}

상호작용 중에 힘 피드백을 올바르게 처리하기 위해 OnEnable 및 OnDisable 메서드에서 각각 OnDeviceStateChanged 콜백을 등록하고 해제해야 합니다:

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

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

게임플레이 경험

Inverse3 커서를 선택한 상태에서 플레이 모드로 들어가 구체를 만져 보십시오. 구체의 존재감을 느낄 수 있어야 하며, Unity 인스펙터를 통해 구체의 강성과 감쇠 속성을 조절할 수 있어 가상 객체와 생생한 상호작용을 경험할 수 있습니다.

소스 파일

이 예제의 전체 씬과 관련된 모든 파일은 Unity 패키지 관리자의 ‘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);
        }
    }
}