Desarrollo de simulador de armas y su integración en una cueva de realidad virtual-CAVE

191 Pages·2016·6.93 MB·Spanish

by  Ramón Domínguez Ferreiro

Escuela técnica superior de ingeniería (ICAI)
Grado en ingeniería electromecánica

Desarrollo de simulador de armas y su integración
en una cueva de realidad virtual-CAVE

Autor: Ramón Domínguez Ferreiro
Director: José San Martín López

20 de Julio de 2016
AUTORIZACIÓN PARA LA DIGITALIZACIÓN, DEPÓSITO Y DIVULGACIÓN EN RED DE
PROYECTOS FIN DE GRADO, FIN DE MÁSTER, TESINAS O MEMORIAS DE BACHILLERATO
1º. Declaración de la autoría y acreditación de la misma.
El autor D. Ramón Domínguez Ferreiro DECLARA ser el titular de los derechos de propiedad
intelectual de la obra: Desarrollo de simulador de armas y su integración en una cueva de realidad
virtual-CAVE, que ésta es una obra original, y que ostenta la condición de autor en el sentido que otorga
la Ley de Propiedad Intelectual.

2º. Objeto y fines de la cesión.
Con el fin de dar la máxima difusión a la obra citada a través del Repositorio institucional de la
Universidad, el autor CEDE a la Universidad Pontificia Comillas, de forma gratuita y no exclusiva,
por el máximo plazo legal y con ámbito universal, los derechos de digitalización, de archivo, de
reproducción, de distribución y de comunicación pública, incluido el derecho de puesta a disposición
electrónica, tal y como se describen en la Ley de Propiedad Intelectual. El derecho de transformación se
cede a los únicos efectos de lo dispuesto en la letra a) del apartado siguiente.

3º. Condiciones de la cesión y acceso
Sin perjuicio de la titularidad de la obra, que sigue correspondiendo a su autor, la cesión de
derechos contemplada en esta licencia habilita para:
a) Transformarla con el fin de adaptarla a cualquier tecnología que permita incorporarla a internet y
hacerla accesible; incorporar metadatos para realizar el registro de la obra e incorporar “marcas
de agua” o cualquier otro sistema de seguridad o de protección.
b) Reproducirla en un soporte digital para su incorporación a una base de datos electrónica,
incluyendo el derecho de reproducir y almacenar la obra en servidores, a los efectos de garantizar
su seguridad, conservación y preservar el formato.
c) Comunicarla, por defecto, a través de un archivo institucional abierto, accesible de modo libre y
gratuito a través de internet.
d) Cualquier otra forma de acceso (restringido, embargado, cerrado) deberá solicitarse expresamente
y obedecer a causas justificadas.
e) Asignar por defecto a estos trabajos una licencia Creative Commons.
f) Asignar por defecto a estos trabajos un HANDLE (URL persistente).

4º. Derechos del autor.
El autor, en tanto que titular de una obra tiene derecho a:
a) Que la Universidad identifique claramente su nombre como autor de la misma
b) Comunicar y dar publicidad a la obra en la versión que ceda y en otras posteriores a través de
cualquier medio.
c) Solicitar la retirada de la obra del repositorio por causa justificada.
d) Recibir notificación fehaciente de cualquier reclamación que puedan formular terceras personas
en relación con la obra y, en particular, de reclamaciones relativas a los derechos de propiedad
intelectual sobre ella.

5º. Deberes del autor.
El autor se compromete a:
a) Garantizar que el compromiso que adquiere mediante el presente escrito no infringe ningún
derecho de terceros, ya sean de propiedad industrial, intelectual o cualquier otro.
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b) Garantizar que el contenido de las obras no atenta contra los derechos al honor, a la
intimidad y a la imagen de terceros.
c) Asumir toda reclamación o responsabilidad, incluyendo las indemnizaciones por daños, que
pudieran ejercitarse contra la Universidad por terceros que vieran infringidos sus derechos e
intereses a causa de la cesión.
d) Asumir la responsabilidad en el caso de que las instituciones fueran condenadas por infracción de
derechos derivada de las obras objeto de la cesión.

6º. Fines y funcionamiento del Repositorio Institucional.
La obra se pondrá a disposición de los usuarios para que hagan de ella un uso justo y respetuoso con
los derechos del autor, según lo permitido por la legislación aplicable, y con fines de estudio,
investigación, o cualquier otro fin lícito. Con dicha finalidad, la Universidad asume los siguientes deberes
y se reserva las siguientes facultades:

 La Universidad informará a los usuarios del archivo sobre los usos permitidos, y no garantiza
ni asume responsabilidad alguna por otras formas en que los usuarios hagan un uso posterior de
las obras no conforme con la legislación vigente. El uso posterior, más allá de la copia privada,
requerirá que se cite la fuente y se reconozca la autoría, que no se obtenga beneficio comercial,
y que no se realicen obras derivadas.
 La Universidad no revisará el contenido de las obras, que en todo caso permanecerá bajo la
responsabilidad exclusive del autor y no estará obligada a ejercitar acciones legales en nombre del
autor en el supuesto de infracciones a derechos de propiedad intelectual derivados del depósito y
archivo de las obras. El autor renuncia a cualquier reclamación frente a la Universidad por las
formas no ajustadas a la legislación vigente en que los usuarios hagan uso de las obras.
 La Universidad adoptará las medidas necesarias para la preservación de la obra en un futuro.
 La Universidad se reserva la facultad de retirar la obra, previa notificación al autor, en supuestos
suficientemente justificados, o en caso de reclamaciones de terceros.

Madrid, a ……….. de …………………………... de ……….

ACEPTA

Fdo………………………………………………

Ramón Domínguez Ferreiro
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Desarrollo de simulador de armas y su integración en una cueva de realidad CAVE
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Ramón Domínguez Ferreiro
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Desarrollo de simulador de armas y su integración en una cueva de realidad CAVE
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Desarrollo de simulador de armas y su integración en una cueva de
realidad virtual-CAVE
Autor: Domínguez Ferreiro, Ramón.
Director: San Martín López, José.
Entidad Colaboradora: ICAI - Universidad Pontificia Comillas
Resumen del Proyecto

INTRODUCCIÓN:
Las últimas tendencias de mercado demuestran un interés tanto por parte de las marcas como
de los usuarios por la tecnología de realidad virtual. La gran distribución de estas tecnologías
está prevista para el actual año 2016 en el que grandes compañías como HTC y PlayStation
lanzan al mercado sus gafas de realidad virtual [1].
Las gafas de realidad virtual son una tecnología en la que, mediante el uso de un casco; al
que se le ha provisto de un sensor de movimiento, una pantalla de alta resolución a la altura
de los ojos y auriculares, se aísla al usuario de la realidad que le rodea para centrarlo en un
entorno virtual creado con el fin de generar una inmersión del usuario [2].
Este tipo de tecnología se pretende usar como una fórmula de ocio para el usuario en la que
se ofrecen diversos tipos de experiencias interactivas gracias a la comunicación que tiene el
usuario con el entorno simulado. Este tipo de experiencias pueden ser videojuegos, películas,
muestras de productos, etc.
Frente a esta tendencia se extiende otra, más propia del ámbito privado o profesional que es
el uso de elementos periféricos para crear la sensación de que el entorno que rodea al usuario
es otro.
Esto se ve especialmente reflejado en las cuevas de realidad virtual, entornos de paredes en
el que se proyecta la simulación que mediante unas gafas estereoscópicas se añade la
sensación de profundidad a la imagen y se consigue la integración del usuario en dicha
realidad [3].

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA.
Las características que ofrecen estas simulaciones consiguen la integración del usuario a
nivel óptico y auditivo, pero para poder ofrecer una experiencia realmente interactiva es
necesario el desarrollo de periféricos que sirvan para mantener al usuario integrado dentro de
la realidad que se le presenta.
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En el caso de las experiencias de simulación militar, ya sea para la formación de cuerpos
profesionales de la seguridad o para el disfrute de un usuario civil en su tiempo de ocio, es
necesario el desarrollo de un periférico que simule el arma con el que se está trabajando.
El arma no solo ha de ser un modelo realista, sino que además debe contar con un sistema
que transmita la información sobre su uso al simulador para que este reaccione de acuerdo a
los movimientos que realice el usuario y un método con el que se debe recrear el tipo de
retroceso que tiene un arma real para que se trate de una simulación lo más realista posible.

ESTADO DE LA TÉCNICA.
Actualmente en el mundo de los simuladores la tecnología en la que estos se centran para
detectar en tiempo real la posición y orientación del arma es el uso de medios ópticos. El
medio por el que esta detección es realizada es posible mediante dos configuraciones: colocar
el receptor en el arma y los emisores que proporcionan la referencia en el algún punto del
entorno conocido y medido o colocar los emisores necesarios en el arma y los receptores en
un marco fijo. [4]
El campo profesional cuenta con sistemas más costosos, sofisticados y de mayor envergadura
que los dispuestos para el uso civil con el fin de poder entrenar a escuadrones de forma
simultánea. Al contar con un presupuesto mayor los sistemas incluyen numerosas pantallas
a lo largo de circuitos establecidos que permiten realizar diversas configuraciones de
simulación. [5]
Las réplicas que se utilizan cuentan con diversos sistemas de alimentación que pueden llegar
a limitar la libertad de movimientos por parte del usuario condicionando el tipo de simulación
que es posible realizar.
El acceso de civiles a este tipo de simuladores no suele ser posible debido a su alto coste y
las opciones que disponen están limitadas a las que ofrecen compañías de ocio digital que
son de menor coste, pero con el correspondiente peor acabado en lo referente a realismo.
Productos que pueden ofrecer este tipo de experiencia son aquellos asociados a periféricos
como el Playstation Move o el Wiimote. [6]

OBJETIVOS:
Puesto que los sistemas de realidad virtual dispuestos para formación de cuerpos de seguridad
resultan demasiado costosos y aquellos dispuestos para el uso y disfrute de ocio se centran
más en el realismo de la interfaz que de los periféricos, el objetivo del proyecto es diseñar un
sistema de simulación semejante a los que se utilizan para la formación policial en algunos
lugares de E.E.U.U. que tenga un acabado lo suficientemente realista, acercándose al nivel
de calidad de los simuladores profesionales, pero un coste reducido para que sea accesible al
público general.
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La construcción de un modelo realista tiene una serie de requisitos que han de ser cumplidos
en la consecución del mismo:
-Elemento Inalámbrico: El periférico que actúe como arma ha de ser completamente
independiente de forma que no necesite ningún tipo de conexión, ya sea por motivos de
alimentación u de transmisión de datos.
-Sistema de apuntado: Para que la simulación resulte realista es necesario la creación de un
método de reconocimiento de la orientación del arma robusto con el fin de poder
proporcionar al entorno creado los datos necesarios. Se busca también la innovación por lo
que es de interés comprobar la viabilidad de tecnologías de localización que no se encuentren
en uso en el mercado.
-Retroceso: Con motivo de otorgar el máximo realismo posible al simulador es condición
que este tenga integrado un método que permita recrear la fuerza que el arma realiza contra
el usuario que dispara y el desapuntado que se produce en la misma correspondiente al
desplazamiento que se da por la energía del disparo.
-Entorno: Ha de crearse para este proyecto un entorno virtual que permita comprobar de las
bondades que provee el sistema desarrollado y cuyas capacidades sean suficientes para
generar una simulación realista.
Recalcar la característica del proyecto que ha de ser de bajo coste con el propósito de ver el
grado de viabilidad que tendría la implementación de un producto de estas cualidades en el
mercado.

METODOLOGÍA:
Para poder llevar a cabo este proyecto, debido a la gran cantidad de elementos distintos que
toca por su naturaleza, es necesario separarlo en módulos centrados en cada una de las
funcionalidades que ha de tener el simulador de forma que sea viable abarcarlo todo.
Las diferentes secciones de este proyecto son:
-Diseño físico del arma: Estudio de la réplica de airsoft del subfusil HK G36C y adaptación
del mismo a los requisitos de espacio y diseño que haya que cumplir con el fin de poder
integrar los elementos que constituyen la funcionalidad del simulador.
-Desarrollo de un entorno virtual: Uso de las herramientas necesarias provistas por el motor
gráfico Unreal Engine 4 para crear un entorno en el que se pueda realizar una simulación
realista.
-Sistema de transmisión de datos: Integración de un sistema que permita la comunicación
entre el periférico y el ordenador que se ocupe de realizar la simulación que no sacrifique la
libertad de movimiento por parte del usuario gracias al uso de Bluetooth.
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-Sistema de retroceso: Diseño de un sistema que permita recrear la sensación de desapuntado
y fuerza liberada contra el usuario por el disparo a través del uso de motores DC vibradores
colocados en puntos estratégicos del arma.
-Sistema de disparo: Creación de un diseño que permita reconocer la activación del gatillo
del arma y la transmisión de esa información a un módulo de control mediante pulsadores.
-Sistema de apuntado: Innovación del sistema de reconocimiento de posición mediante la
integración de un giróscopo y varios sensores de ultrasonidos con el fin de poder localizar de
forma efectiva la orientación del arma del usuario.

RESULTADO:
Después de haber finalizado el desarrollo se ha COSTE TOTAL
COMPONENTES
obtenido un periférico funcional con aspecto realista PRODUCTO (€)
para un entorno de simulación virtual que cumple el
Arduino UNO 23,68
requisito de tener un bajo coste en comparación a
Sensor de ultrasonidos
otros elementos del mercado (113.45€).
HC_SR04 10,58
Pulsador 3,42
Trabajar con el dispositivo resulta sencillo para un
Módulo MPU-6500
usuario que carezca de formación específica en el (Giróscopo) 2,75
campo de la ingeniería, pues no requiere de Ppn13lb11c (Motor DC de
alta velocidad) 5,32
conocimientos técnicos.
Pila 9V 9,56
La funcionalidad del dispositivo consiste en una Placa para soldadura 2,07
Cables conexión Macho-
comunicación realizada mediante Bluetooth con el
Hembra (Pack 40Uds) 3,99
ordenador en el que se encuentre el Unreal Engine
Resistencia 2.2KΩ 0,08
instalado para llevar a cabo la simulación. Conectado Resistencia 330Ω 0,04
el dispositivo, una interfaz sencilla muestra al Resistencia 3.3KΩ 0,04
Transistor NPN 2N222a 1,65
usuario el punto al que se encuentra apuntando
Conmutador de 2 posiciones. 2,7
gracias a los datos que provee el giróscopo y la
Réplica Airsoft HK G36C 35,9
posición que tiene en el espacio según la información Módulo Bluetooth HC-05 3,9
que transmiten los ultrasonidos. Esta misma interfaz Hilo de estaño para
soldadura 7,77
se ocupa de reflejar el disparo, en el caso de que sea
TOTAL: 113,45
realizado mediante el gatillo al que se le ha
implementado un pulsador, o la recarga de balas en el arma, a través de la pulsación del
pulsador implementado en el muelle de recarga. Cuando se realiza el disparo, la colocación
de los motores en el mango del arma y el apoyo de la culata transmiten de forma efectiva la
sensación de retroceso propia de un arma real. La implementación del muelle en el proceso
de recarga añade un plus de fuerza en la sensación de retroceso consiguiendo un acabado más
realista y un mayor grado de desapuntado.

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