Ολόσωμη παρακολούθηση και ενσωμάτωση σε VR

Abstract

This thesis presents an extensive examination of motion tracking technologies, focusing on the comparative analysis of outside-in and inside-out tracking methodologies, pivotal in advancing virtual reality (VR) applications. By delving into the intricacies of inverse kinematics (IK), the study identifies the limitations and strengths inherent to existing IK solutions within Unity, such as Mecanim, CinemaIK, and others, and proposes the JARVRIKS Full Body IK system as a novel, integrated solution designed to address the identified gaps. The JARVRIKS Full Body IK system, developed for Unity, leverages advanced IK algorithms and motion capture data to facilitate the creation of lifelike human avatars. Through meticulous engineering, it introduces a series of improvements over traditional IK systems, including enhanced accuracy, flexibility, and user-centric calibration processes. Its innovative architecture is detailed, demonstrating its applicability in VR environments and its compatibility with various motion tracking technologies. To validate the effectiveness and versatility of the JARVRIKS Full Body IK system, this thesis documents its implementation across three distinct VR game case studies: Superhot, Beat Saber, and a soccer simulation focused on lower body movement. These applications serve as practical demonstrations of the system's capability to provide accurate, responsive, and immersive user experiences. Through quantitative and qualitative analysis, the research evaluates user interaction, movement fidelity, and the overall impact of the JARVRIKS Full Body IK system on gameplay immersion and realism. Conclusively, this thesis contributes to the field of VR development by offering a comprehensive IK solution that bridges the gap between complex motion tracking technology and accessible, immersive VR content creation. The JARVRIKS Full Body IK system not only enhances the development workflow for VR game designers but also elevates the user experience in VR applications, paving the way for future innovations in virtual embodiment and interactive design. This abstract encapsulates the thesis's scope, methodologies, key findings, and contributions to the field of VR and game development. It succinctly conveys the research's purpose, the development and application of the JARVRIKS Full Body IK system, and its potential impact on the industry.-------------------------------------------------------------------- Αυτή η διπλωματική περιέχει μια εκτενή εξέταση των τεχνολογιών παρακολούθησης κινήσεων, επικεντρώνοντας στη συγκριτική ανάλυση των μεθοδολογιών παρακολούθησης εξωτερικής προς εσωτερική και εσωτερικής προς εξωτερική, καθοριστικές για την προώθηση των εφαρμογών εικονικής πραγματικότητας (VR). Με την εμβάθυνση στις περιπλοκότητες της αντίστροφης κινηματικής (IK), η μελέτη εντοπίζει τους περιορισμούς και τα πλεονεκτήματα που είναι εγγενή στις υπάρχουσες λύσεις IK μέσα στο Unity, όπως το Mecanim, το CinemaIK και άλλα, και προτείνει το σύστημα JARVRIKS Full Body IK ως μια νέα, ενσωματωμένη λύση σχεδιασμένη για να αντιμετωπίσει τα εντοπισμένα κενά. Το σύστημα JARVRIKS Full Body IK, αναπτυγμένο για το Unity, εκμεταλλεύεται προηγμένους αλγορίθμους IK και δεδομένα παρακολούθησης κίνησης σε πραγματικό χρόνο για να διευκολύνει τη δημιουργία ρεαλιστικών ανθρώπινων αβατάρ. Μέσω μεθοδικής μηχανικής, εισάγει μια σειρά βελτιώσεων σε σχέση με τα παραδοσιακά συστήματα IK, συμπεριλαμβανομένης της βελτιωμένης ακρίβειας, ευελιξίας και διαδικασιών βαθμονόμησης κεντρικές προς τον χρήστη. Η αρχιτεκτονική του περιγράφεται λεπτομερώς, αποδεικνύοντας την εφαρμοσιμότητά του σε περιβάλλοντα VR και τη συμβατότητά του με διάφορες τεχνολογίες παρακολούθησης κίνησης. Για την επικύρωση της αποτελεσματικότητας και της ευελιξίας του συστήματος JARVRIKS Full Body IK, η διατριβή καταγράφει την εφαρμογή του σε τρεις διακριτές περιπτώσεις μελέτης παιχνιδιών VR: Superhot, Beat Saber και μια προσομοίωση ποδοσφαίρου εστιασμένη στην κίνηση του κάτω μέρους του σώματος. Αυτές οι εφαρμογές λειτουργούν ως πρακτικές αποδείξεις της ικανότητας του συστήματος να παρέχει ακριβείς, ανταποκρινόμενες και εμβυθιστικές εμπειρίες χρηστών. Μέσω ποσοτικής και ποιοτικής ανάλυσης, η έρευνα αξιολογεί την αλληλεπίδραση του χρήστη, την ακρίβεια κίνησης και τη συνολική επίδραση του συστήματος JARVRIKS Full Body IK στην εμβύθιση και τον ρεαλισμό του παιχνιδιού. Συμπερασματικά, η διπλωματική συνεισφέρει στον τομέα της ανάπτυξης VR προσφέροντας μια ολοκληρωμένη λύση IK που γεφυρώνει το χάσμα μεταξύ της περίπλοκης τεχνολογίας παρακολούθησης κίνησης και της προσιτής, εμβυθιστικής δημιουργίας περιεχομένου VR. Το σύστημα JARVRIKS Full Body IK όχι μόνο βελτιώνει τη ροή εργασίας για τους σχεδιαστές παιχνιδιών VR αλλά επίσης ενισχύει την εμπειρία του χρήστη σε εφαρμογές VR, ανοίγοντας τον δρόμο για μελλοντικές καινοτομίες στην εικονική ενσάρκωση και την αλληλεπίδραση.