Currently, mobile devices enjoy great popularity and have increasingly better technological capabilities that enable them as adequate devices to run augmented reality applications and collaborative augmented reality applications as well; therefore, the development and use of this type of applications are growing. In recent decades, projects of this nature have been carried out in applications as diverse as: education, entertainment, medicine, mathematics, design, etc. The objective of this project is to develop a prototype of a mobile entertainment application for the checkers game using collaborative augmented reality in order to promote the development of videogames made with this technology and its use as a means of social interaction. Resumen. Los dispositivos móviles en la actualidad gozan de una gran popularidad y cada vez cuentan con mejores capacidades tecnológicas que los habilitan como dispositivos adecuados para ejecutar aplicaciones de realidad aumentada y realidad aumentada colaborativa, por lo que el desarrollo y el uso de este tipo de aplicaciones van en aumento. En las últimas décadas, proyectos de este tipo se han realizado en aplicaciones tan diversas como: educación, entretenimiento, medicina, matemáticas, diseño, etc. El objetivo de este proyecto es desarrollar un prototipo de una aplicación móvil de entretenimiento del juego de damas inglesas con realidad aumentada colaborativa con el fin de promover e impulsar el desarrollo de videojuegos que usen esta tecnología y fomentar su uso como medio para la interacción social.
Un ejemplo de una aplicación de videojuego desarrollada para dispositivos móviles
con rastreo sin marcadores es ARZombie [
Figura 1. ARZombie en ejecución.
En el ámbito de los videojuegos también existen diversas aplicaciones, por ejemplo, en
[
Figura 2. Usuario jugando CheckMate.
Prototype for a Mobile Collaborative Augmented Reality Application of… 3
De acuerdo con [
En [
La investigación de estos proyectos y estudios sirve de base para la elección de las herramientas tecnológicas, metodología y enfoques para el diseño y desarrollo de la aplicación. 2
Existe una amplia investigación de aplicaciones desarrolladas de realidad aumentada, pero con respecto a la realidad aumentada colaborativa se está experimentando un crecimiento paulatino a nivel internacional en aplicaciones de entretenimiento para dispositivos móviles.
Es del interés personal de los realizadores de este proyecto enfocarse en el ámbito del entretenimiento con dispositivos móviles e impulsar el desarrollo de estas tecnologías. 3
Desarrollar un prototipo de aplicación móvil de entretenimiento del juego de damas inglesas (Checkers) con realidad aumentada colaborativa con el fin de promover el desarrollo de videojuegos que usen esta tecnología. 3.1
Objetivos Específicos • Diseñar los modelos del juego en 3D. • Diseñar la estructura de la aplicación de manera atractiva para el usuario. • Investigar las posibles herramientas para desarrollar la aplicación. • Programar el prototipo de la aplicación con las herramientas elegidas. 4
Preguntas de Investigación • ¿Qué dificultades experimentarán los usuarios al utilizar la aplicación? • ¿Qué requisitos mínimos deberán cumplir los dispositivos móviles para poder ejecutar la aplicación correctamente? • ¿Qué técnica de rastreo sin marcadores será más adecuada para la aplicación? • ¿Qué herramientas de software de realidad aumentada colaborativa serán más adecuadas para el desarrollo de la aplicación? 5
El proyecto tendrá un impacto tecnológico al promover el desarrollo de más aplicaciones para dispositivos móviles que hagan uso de la realidad aumentada colaborativa y un impacto social al fomentar el uso de la tecnología como medio para la interacción entre los usuarios del juego y no como una herramienta que interfiera en la interacción social de las personas, como suele suceder. Fomentará el uso de videojuegos de realidad aumentada colaborativa y, al ser realizada sin marcadores, eliminará la dificultad que los usuarios experimentan durante la etapa de detección de marcadores para posicionar sus dispositivos de manera correcta frente al marcador y la pérdida de tiempo que esto conlleva. 6
Alcances: • Se desarrollará la aplicación como un prototipo. • Usará rastreo sin marcadores. • Se usará la versión inglesa de tablero de 8x8 con 12 piezas cada jugador. Limitaciones: • Será solamente para dispositivos móviles. • Se limita a dos usuarios. • No se utilizarán dispositivos HMD. • Se recomienda un uso máximo diario de 30 minutos a una hora para evitar fatiga visual. 7
A continuación, se abordan los conceptos teóricos necesarios para la realización del proyecto y que le dan sustento al mismo.
Prototype for a Mobile Collaborative Augmented Reality Application of… 5 7.1
La realidad aumentada es una tecnología que por medio de un dispositivo electrónico
integra al mundo real información adicional de manera virtual, con el fin de aumentar
de alguna forma el entorno, ya sea describiendo los objetos o integrando modelos en
3D. Gracias a los dispositivos móviles esta tecnología puede ser usada para diferentes
aplicaciones, utilizando la cámara como el medio de percepción del entorno real. Se
tienen registros de que los inicios de la realidad aumentada se dieron en la década de
los 1960 y que el término fue acuñado en 1992 por Tom Caudell, a partir de esto la
realidad aumentada ha tenido un sinnúmero de usos en diversas aplicaciones [
den utilizar realidad aumentada son variados, cada uno distinto del otro, a continuación, se describen los más destacados.
Head-mounted displays. Los HMD son dispositivos que permiten visualizar un entorno mixto entre lo real y lo virtual mediante un casco que se monta sobre la cabeza del usuario. Se puede interactuar con el entorno, que por lo general es simulado, muestran información y dan una sensación de inmersión profunda; además, pueden ir acompañados de controles en las manos para interactuar con los objetos o directamente sin la necesidad de estos.
Una de sus ventajas es que, al ser cascos montados (ver figura 3), la interacción con
los objetos es de lo más normal en comparación con los otros tipos de dispositivos, ya
que las manos se encuentran libres de tener que sostener algo [
Figura 3. Dispositivo HMD creado por Ivan Sutherland en 1968.
Proyector. Estos dispositivos trabajan con el entorno físico directamente, proyectando
en objetos reales imágenes que pueden ser proyecciones convencionales 2D (que se
adaptan al entorno creando una ilusión sobre los objetos que están siendo proyectados)
o creando proyecciones 3D [
Dispositivos Móviles. En los últimos años los avances tecnológicos han permitido
agregar los dispositivos móviles a la lista de los dispositivos capaces de utilizar realidad
aumentada con ayuda de su cámara, su geolocalización, giroscopio y demás sensores
[
Figura 4. Ejemplo de uso de marcador en dispositivo móvil.
Con Imágenes. “Este tipo de realidad aumentada emplea imágenes en las que se
superpone algún tipo de información (imágenes, objetos 3D, vídeos, …) cuando son
reconocidos por un software determinado” [
Prototype for a Mobile Collaborative Augmented Reality Application of… 7
Sin Marcadores. La realidad aumentada sin marcadores trata de resolver el problema
que se genera al tener que posicionar y detectar ciertos marcadores o imágenes en el
espacio real y agregar sobre ellos los elementos virtuales. Para esto, requiere utilizar el
mayor número de sensores con los que cuente un dispositivo, incluyendo el GPS
(Global Positioning System), giroscopio, cámara, acelerómetro, entre otros más [
Algunos métodos de rastreo sin marcadores son el rastreo basado en modelos [
Modelado en 3D. Es el proceso de generar una representación gráfica tridimensional
elaborada con software especializado en 3D de los objetos o modelos que se utilizarán
en la aplicación de realidad aumentada y que se superpondrán al entorno real. El
modelado en 3D tiene un sinnúmero de aplicaciones además de la realidad aumentada; por
ejemplo, en videojuegos, películas, televisión, marketing, arquitectura, medicina,
ciencia, educación, etc. [
Todo comienza con una idea plasmada en un boceto, éste pasa por una serie de
procesos creativos y al final se convierte en un modelo en 3D completo, el cual tiene como
objetivo principal representar la realidad, ya sea un objeto o un espacio. Esto se logra
con la ayuda de herramientas tecnológicas de software especializado.
Realidad Aumentada Colaborativa. La realidad aumentada colaborativa es un
derivado de la realidad aumentada que trabaja en conjunto, dos o más dispositivos se
conectan y pueden compartir el mismo entorno de manera local o remota, en estos casos
el que funge como servidor mostrará un espacio simulado de su entorno en los
dispositivos que estén conectados a él, un ejemplo claro es la plataforma CoVAR [
Características: • Dos o más dispositivos se conectan entre sí, para crear el ambiente colaborativo. • Cuando un cambio es realizado desde un dispositivo los demás dispositivos verán reflejado ese cambio. • Todos los dispositivos que se encuentren conectados pueden realizar cambios, mover objetos, etc.
La arquitectura más común para establecer una conexión es la denominada cliente-servidor. El servidor siempre estará en espera de que el cliente (o clientes) mande un saludo para poder proceder con el proceso de establecimiento de una conexión y, una vez que estén conectados, empezar la interacción de la aplicación. 7.2
El primer hecho importante de la historia de los videojuegos que hay que mencionar se
remonta a 1889, cuando el japonés Fusajiro Yamauchi fundó su corporación llamada
Marufuku Company [
Figura. 5. Spacewar, el primer juego creado para computadora.
Diseño de Videojuegos. De acuerdo con [
A la hora de hacer un videojuego, el diseño estructural y los audiovisuales
(imágenes, video, música y sonidos) crean una atmósfera inmersiva para los jugadores. Todo
esto junto con la narrativa (independientemente de su complejidad) y la dificultad del
juego, forman una experiencia entretenida, interesante y atractiva para los usuarios [
Un videojuego consta de cuatro elementos: historia, estética, tecnología y mecánicas; a continuación, se discutirán más a fondo.
Historia. La historia en un videojuego es la secuencia de eventos que trascurren en el mundo ficticio del juego a través de los cuales se cuenta la narrativa y que progresa para llevar el juego del inicio al final o finales. Esta puede ser lineal, puede tener ramas, puede contener varias sub-historias que la conformen e, incluso, historias independientes a una principal en el juego.
Estética. La estética se refiere a la parte del juego que el jugador percibe a través de sus sentidos, cómo se ve el juego (e incluso cómo huele, se siente, etc., en algunos juegos). La parte con la que el jugador hace contacto directo es la interfaz.
La interfaz es una parte de suma importancia en el diseño, dado que es a través de
ella que el jugador y el juego establecen una relación. De acuerdo con [
Prototype for a Mobile Collaborative Augmented Reality Application of… 9 • Entrada física: son los elementos físicos a través de los que se puede manipular el juego; por ejemplo: un control, un teclado, un ratón, etc. • Salida física: son los elementos a través de los que el usuario puede percibir el juego; por ejemplo: una pantalla, audífonos, un dispositivo HMD, etc. • Interfaz virtual: es una capa virtual que puede contar tanto con elementos de entrada como de salida; por ejemplo: los botones de menús que se muestran en la pantalla, el tablero de puntuaciones, etc.
Todos estos elementos que conforman la interfaz total (ver figura 6) y permiten al
usuario jugar, interactúan de diversas maneras para lograr la experiencia de juego [
Figura 6. Mapa de interacción entre los elementos de la interfaz de un juego. Para realizar la interfaz, primero se debe diseñar un boceto digital o a mano de lo que se pretende mostrar al usuario, puede ser la información, los distintos menús y los diferentes mensajes.
Tecnología. La tecnología son todos los elementos y materiales de los que requiere el videojuego, tanto aquellos con los que se lleva a cabo el diseño y desarrollo del juego, como aquellos que harán falta para poder jugarlo. Su selección es de suma importancia porque será esta quien dicte qué se puede hacer y qué no, permitiendo llevar a cabo ciertas posibilidades y restringiendo otras.
Mecánicas. Las mecánicas son las reglas que forman el juego en sí, lo que queda si se
elimina la estética, la historia y la tecnología, es lo que es el juego realmente. A
continuación, se describen algunas de ellas [
En resumen, el proceso de diseño de un videojuego consta de tres fases [
Esta es la etapa más larga. • Postproducción: es el último proceso, implica la distribución y mercadotecnia del juego final. Durante esta fase también se hacen los manuales y se realizan los parches para corregir errores que puedan existir en la versión final. 7.3
Tabla 1. Tabla comparativa entre las herramientas de realidad aumentada.
Interfaz gráfica No. propia.
Multiplata- Sólo Anforma. droid. Costo. Es gratuito. Código abierto. Sí.
No.
Sólo iOS. Es gratuito. No.
No.
Sí.
Sí.
Cualquier dis- Cualquier dis- Cualquier dispositivo. positivo. positivo.
Es gratuito. Es gratuito. Es de paga.
Sí. No. No.
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Tabla 2. Tabla comparativa entre los sistemas gestores de bases de datos con SQL. Costo.
Multiplataforma.
Código abierto.
Más de 1000 dó- Precios mayores Gratuito. Precios mayores lares para uso a 2000 dólares. a 10000 dólares. comercial. Gratuito para uso propio de desarrollo.
MacOS, entre MacOS, entre otras. otras.
No. No. Sí. No.
Tabla 3. Tabla comparativa entre las herramientas de modelado en 3D.
Costo. De paga, suscripción Gratuito. De paga, suscripción anual. anual.
Interfaz agradable / Sí, cuenta con una ex- Sí, cuenta con una do- Sí, cuenta con una exCon gran documenta- celente documenta- cumentación acepta- celente documentación. ción. ble. ción. Curva de aprendizaje. 4 semanas. 2 semanas. 4 semanas.
Tabla 4. Tabla comparativa entre los sistemas operativos para dispositivos móviles.
Soporte a realidad au- Sí. mentada.
realidad aumentada. iOS Sí.
Sí.
No.
No.
Conexión con dispo- Sí, con cualquiera. sitivos de otros sistemas operativos (Crossplatform).
Actualización con fre- Sí, usualmente por cuencia. mes.
8
No.
No.
Sí, usualmente cada 3 meses.
Sí, usualmente cada año.
Se buscó seleccionar una metodología robusta que minimizara los riesgos en cada una de las etapas de su desarrollo; esto llevó a la elección de la metodología de desarrollo en espiral como la mejor opción.
Esta metodología fue propuesta en 1988 por Barry Boehm [
En la figura 7, cada ciclo de la espiral trazado con un color diferente representa una de las siguientes etapas de desarrollo: análisis, diseño, desarrollo, integración y pruebas, respectivamente.
Figura 7. Representación gráfica de la metodología de desarrollo en espiral adaptada al proyecto.
En cada etapa, se realizan cada una de las siguientes actividades y al concluirlas, se inicia la siguiente etapa. • Determinación de objetivos: En este paso se determinan los objetivos de la etapa en la que se encuentre, las alternativas para cumplirlos y las restricciones. • Análisis de riesgos: Durante este paso se evalúan las alternativas identificando los riesgos, evaluándolos y resolviéndolos o reduciéndolos a través de técnicas como prototipos, simulación, cuestionarios al usuario, etc., y se plantean estrategias alternativas.
Prototype for a Mobile Collaborative Augmented Reality Application of… 13 • Desarrollo y verificación: En este punto se lleva a cabo el desarrollo del producto a elaborar durante la fase actual y, posteriormente, se verifica. • Planeación de la siguiente fase: En este paso final se planea con mayor precisión la siguiente etapa a realizar con base en los resultados obtenidos en los pasos anteriores. Así, conforme se avanza en iteraciones de la espiral, se avanza en el desarrollo del proyecto de software de manera incremental hasta obtener el sistema enteramente funcional. Con base en esta metodología, se describe en las siguientes secciones las etapas y tareas a realizar para desarrollar el software.