Universidad Central Del Ecuador Facultad De Ingeniería Ciencias Físicas Y Matemática Carrera De Ingeniería En Computación Gráfica

UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR FACULTAD DE INGENIERÍA CIENCIAS FÍSICAS Y MATEMÁTICA CARRERA DE INGENIERÍA EN COMPUTACIÓN GRÁFICA

Entrenador virtual urbano para educación vial de ciclistas

Trabajo de titulación modalidad Proyecto Integrador previo a la obtención del Título de Ingeniera en Computación Gráfica

AUTOR: Tupiza Peralta Daniela Alejandra TUTOR: MSc. Aldrín Ismael Flores Suárez

Quito, 2020

DERECHOS DE AUTOR

Yo, DANIELA ALEJANDRA TUPIZA PERALTA en calidad de autor titular de los derechos morales y patrimoniales del trabajo de titulación “ENTRENADOR VIRTUAL URBANO PARA EDUCACIÓN VIAL DE CICLISTAS”, modalidad proyecto integrador, de conformidad con el Art. 114 del CÓDIGO ORGÁNICO DE LA ECONOMÍA SOCIAL DE LOS CONOCIMIENTOS, CREATIVIDAD E INNOVACIÓN, concedo a favor de la Universidad Central del Ecuador una licencia gratuita, intransferible y no exclusiva para el uso no comercial de la obra, con fines estrictamente académicos. Conservo a mi favor todos los derechos de autor sobre la obra, establecidos en la normativa citada.

Así mismo, autorizo a la Universidad Central del Ecuador para que realice la digitalización y publicación de este trabajo de titulación en el repositorio virtual, de conformidad a lo dispuesto en el Art. 114 de la Ley Orgánica de Educación Superior.

El autor declara que la obra objeto de la presente autorización es original en su forma de expresión y no infringe el derecho de autor de terceros, asumiendo la responsabilidad por cualquier reclamación que pudiera presentarse por causa y liberando a la Universidad de toda responsabilidad.

–––––––––––––––––––––––––––

Daniela Alejandra Tupiza Peralta

CI: 1716764020

Email: [email protected]

APROBACIÓN DEL TUTOR

En mi calidad de tutor del trabajo de Titulación, modalidad proyecto integrador presentado por la Srta. DANIELA ALEJANDRA TUPIZA PERALTA, para optar por el Grado de Ingeniera en Computación Gráfica; cuyo título es: ENTRENADOR VIRTUAL URBANO PARA EDUCACIÓN VIAL DE CICLISTAS, considero que dicho trabajo reúne los requisitos y méritos suficientes para ser sometidos a la presentación pública y evaluación por parte el tribunal examinador que se designe, por lo que lo APRUEBO, a fin de que el trabajo Proyecto Integrador sea habilitado, para continuar con el proceso de titulación determinado por la Universidad Central del Ecuador.

En la ciudad de Quito, a los 11 días del mes de febrero de 2020

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MSc. Aldrín Ismael Flores Suárez

DOCENTE - TUTOR

C.I.: 1001662186

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DEDICATORIA

A Dios por iluminar mi camino y darme la fuerza en cada paso que doy; a mi madre Sonia Peralta por todo el apoyo, amor y cariño que me ha brindado para salir adelante; a mi padre Marco Tupiza por ser mi ejemplo a seguir, mi héroe, mi aliado; a mis hermanos Anita y Alejandro por ser mi inspiración para llegar a ser una gran profesional y por quienes daría mi vida, a mis abuelitos Isabel, Pedro y Manuel quienes me cuidan y rezan por mí todos los días.

A mis tíos Ángela Peralta y Víctor Anaguano por ser como unos padres más para mí, a mis primos a los que considero mis hermanos Alexis, Lizeth, Roy, Marlon, Fernando, Gaby, Anahí, Paty, Augusto por llenar mi vida con momentos especiales y con quienes cuento incondicionalmente.

Daniela Alejandra Tupiza Peralta

AGRADECIMIENTOS

A Dios por darme la fuerza para lograr sobrepasar todos los obstáculos que se anteponen en mi camino, a mis padres por confiar en mi frente a todas las decisiones que eh tomado, a mis hermanos por permitirme ser un ejemplo a seguir y darme la fuerza para salir adelante, a mis abuelitos, tíos y primos por estar para mí en los momentos adecuados. Gracias familia a por ser el pilar fundamental de mi vida para llegar a ser la persona en la que me eh convertido.

A Sandrita Andrango, mi mejor amiga, de quien me alegro tanto de haber conocido, gracias por escucharme, entenderme y acompañarme en aquellos momentos clave para cumplir con todos mis objetivos. A Jessy Estrella y Jessy Pilco porque a pesar del poco tiempo que nos vemos me enseñan a ser mejor persona, amiga y compañera. Gracias por llenarme de momentos increíbles. A Richar quien ha sido un gran soporte en mi vida acompañándome en mis mejores y peores momentos, demostrando que puedo lograr todo lo que me proponga. A María Sango y María Chicomin por todo el apoyo y cariño que me han brindado para culminar con esta etapa importante de mi vida.

Al MSc. Aldrín Flores, gracias por la paciencia y apoyo que me ha brindado durante toda la realización del proyecto, por demostrar ser un docente a quien veo como un ejemplo a seguir y una gran inspiración profesional.

Al Ph.D Raúl E. Puebla Director del Centro de Física, por su guía y apoyo que ha demostrado que en la vida uno no nace con conocimiento, pero siempre se tiene la opción de aprender. Finalmente quiero agradecer a mis amigos y compañeros del Centro de Física quienes me han permitido crecer y aprender de cada uno de ellos para ser una mejor persona y profesional, al equipo FISLAB Eddy, Felipe, Everzon, Daniel, David, Luis y Wladimir por los momentos y conocimientos compartidos, pero sobre todo por permitirme ser su amiga.

CONTENIDO

DERECHOS DE AUTOR ...... ii APROBACIÓN DEL TUTOR ...... iii DEDICATORIA ...... iv AGRADECIMIENTOS ...... v CONTENIDO ...... vi LISTA DE TABLAS ...... viii LISTA DE FIGURAS ...... ix RESUMEN ...... xii ABSTRACT ...... xiii INTRODUCCIÓN ...... 1 Capítulo 1. El problema ...... 2 1. Análisis del problema ...... 2 1.1 Antecedentes ...... 2 1.2 Planteamiento del problema ...... 3 1.3 Justificación ...... 4 1.4 Objetivos ...... 5 1.5 Alcance ...... 5 Capítulo 2. Marco Teórico ...... 7 2. Fundamentación teórica ...... 7 2.1 Antecedentes ...... 7 2.2 Educación vial ...... 8 2.3 Consejos para la circulación de BiciQuito ...... 14 2.4 Realidad virtual...... 15 2.5 Técnicas de modelado y texturización ...... 23 2.6 Herramientas de modelado e Interface gráfica ...... 25 2.7 Herramienta de comunicación Software-Hardware (bicicleta) ...... 29 2.8 Motores para el desarrollo de Videojuegos ...... 34 2.9 Herramientas de simulación para VR ...... 37 Capítulo 3. Marco Metodológico y Desarrollo ...... 39 3. Metodología y Desarrollo ...... 39 3.1. Metodologías de Software ...... 39

3.2 Metodología RUP (Rational Unified Process) ...... 40 3.3 Desarrollo ...... 43 Capítulo 4. Pruebas y Resultados...... 88 4. Pruebas y Resultados ...... 88 4.1 Pruebas...... 88 4.2 Resultados ...... 89 Capítulo 5. Conclusiones y recomendaciones ...... 99 Capítulo 5.1 Conclusiones ...... 99 Capítulo 5.2 Recomendaciones ...... 100 Bibliografía ...... 101 ANEXOS ...... 106

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LISTA DE TABLAS

Tabla 1. Reporte mensual préstamos 2018 ...... 12 Tabla 2.Rutas más utilizadas por los usuarios ...... 12 Tabla 3.Cuadro comparativo de herramientas de modelado ...... 26 Tabla 4.Cuadro comparativo de herramientas de interface de Usuario y Texturización de Modelados ...... 28 Tabla 5.Cuadro comparativo de herramientas de comunicación software-hardware ...... 32 Tabla 6.Cuadro comparativo de softwares que ofrecen los mismos servicios ...... 34 Tabla 7.Cuadro comparativo de herramientas para la simulación VR ...... 37 Tabla 8.Distribución del sistema de circulación y objetos característicos ...... 62 Tabla 9. Componentes y propiedades de los tramos “Road_Straigth” y “Road_Corner” ...... 62 Tabla 10. Componentes y propiedades de los objetos “Road_TJunction” y “Road Crosrroad” 63 Tabla 11. Componentes de los objetos “Connection” ...... 66 Tabla 12. Componentes de los objetos “CiclistaWaitZone”, “VehicleWaitZone”, “PedestrianWaitZone”...... 69 Tabla 13. Componentes de los objetos “SemaforoArriba” y “SemaforoAbajo” ...... 71 Tabla 14. Variables de las Componente (Script) “Traffic System” ...... 75 Tabla 15. Activación de animaciones de los peatones según las funciones Trigger y Collision . 76 Tabla 16. Tabla de elementos implementados en la bicicleta ...... 78 Tabla 17. Tabla de variables definidas en la configuración previas al recorrido ...... 80 Tabla 18. Edad ...... 89 Tabla 19. Conocimiento de normas de tránsito ...... 90 Tabla 20. Conocimiento de software en educación vial ...... 91 Tabla 21.Nivel de atractivo del entrenador virtual ...... 91 Tabla 22. Nivel de realidad del simulador ...... 92 Tabla 23. Adquisición de conocimientos sobre seguridad vial ...... 93 Tabla 24. Grado de aprendizaje del simulador ...... 94 Tabla 25. Instrucciones claras ...... 96 Tabla 26. Utilidad del simulador ...... 97 Tabla 27. Recomendación del uso del simulador ...... 97

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LISTA DE FIGURAS

Figura 1. Iteración de RUP ...... 41 Figura 2. Esquema de planificación del Software ...... 44 Figura 3. Plano general de calles e intersecciones ...... 45 Figura 4. Esquema de navegación entre escenas ...... 45 Figura 5. Interface de usuario ...... 46 Figura 6. Paleta de colores Interface Gráfica ...... 47 Figura 7. Pantalla de inicio de la plataforma ...... 47 Figura 8. Pantallas de ayuda del software ...... 48 Figura 9. Pantalla de créditos de la plataforma ...... 49 Figura 10. Identificación del puerto Arduino ...... 49 Figura 11. Pantalla de configuración de la plataforma ...... 50 Figura 12. Desplegable mañana/noche ...... 50 Figura 13. Pantalla de advertencia puerto vacío ...... 51 Figura 14. Pantalla de advertencia puerto incorrecto ...... 51 Figura 15. Ejemplos pantallas de preparación ...... 52 Figura 16. Pantalla entrenador virtual en el día y la noche ...... 52 Figura 17. Señal para el giro a la izquierda ...... 53 Figura 18. Señal para el giro a la derecha ...... 53 Figura 19. Panel de aviso de semáforo en rojo ...... 53 Figura 20. Panel de aviso respeta la señalética peatonal ...... 54 Figura 21. Panel de aviso cuidado con los peatones ...... 54 Figura 22. Pantalla de infracciones ...... 55 Figura 23. Señal de tránsito “ciclo vía” ...... 55 Figura 24. Señal de tránsito “Pare” ...... 56 Figura 25. Señal de tránsito “Doble vía” ...... 56 Figura 26. Señal de tránsito “Semáforo”...... 56 Figura 27. Señalética peatonal ...... 57 Figura 28. Figura realizada en Modelado 3D ...... 58 Figura 29. Mapa UV del Modelado 3D ...... 58 Figura 30. Figura implementación de texturas en mapeado UV ...... 59

Figura 31. Implementación del material en el modelado 3D ...... 59 Figura 32. Implementación de malla de normales en modelado 3D ...... 59 Figura 33. Integración de modelados en software Unity 3D ...... 60 Figura 34. Creación de ambiente 3D ...... 61 Figura 35. Componentes y propiedades de los objetos “Road_Straigth” y “Road_Corner” ..... 63 Figura 36. Descripción de zonas de paso y pare para vehículos, ciclistas y peatones ...... 65 Figura 37. Selección del Tag o referencia para el objeto Connection ...... 65 Figura 38. Esquema de conexión de los Objetos “Connection” ...... 66 Figura 39. Elementos del objeto Nay Conection ...... 67 Figura 40. Elementos del objeto Vehicle Spawns ...... 67 Figura 41. Elementos del objeto Pedestrian Spawns ...... 68 Figura 42. Selección del Tag o referencia para los objetos “Ciclista Wait Zone”, “Vehicle wait Zone” y “Pedesrian Wait Zone” ...... 68 Figura 43. Sentido de circulación del peatón sobre el paso cebra ...... 70 Figura 44. Elementos del objeto Wait Zones ...... 70 Figura 45. Área de navegación de vehículos definidos por planos propios de Unity 3D ...... 72 Figura 46. Área de navegación de peatones definidos por planos propios de Unity 3D ...... 72 Figura 47. Adición de capas al plano de navegación ...... 73 Figura 48. Selección de capas “Road and Sidewalk” ...... 73 Figura 49. Agrupación de objetos “Vehicle Mesh and Persons Mesh” ...... 73 Figura 50. Añadir el script Nav Mesh Surface ...... 74 Figura 51. Selección de variables correspondientes al objeto Vehicle Nav y Pedesrian Nav ..... 75 Figura 52. Área de navegación para vehículos y peatones ...... 75 Figura 53. Prefabs persona mujer y hombre ...... 76 Figura 54. Prefabs vehículos ...... 77 Figura 55. Texturas vehículos ...... 77 Figura 56. Engranajes para la detección del giro ...... 79 Figura 57. Placa de acondicionamiento ...... 79 Figura 58. Implementación dos cámaras para una vista VR ...... 81 Figura 59. Conexión mouse giroscopio ...... 81 Figura 60. Integración interface de usuario una por cámara ...... 82

Figura 61. Proyección perspectiva ...... 83 Figura 62. Cámara en primera persona ...... 83 Figura 63. Cámara en tercera persona ...... 84 Figura 64. Componentes del objeto “ciclista” ...... 85 Figura 65. App Trinus Cardboard VR (Lite) ...... 85 Figura 66. Trinus Cardboard VR ...... 86 Figura 67. Configuración de parámetros Trinus VR en el computador...... 86 Figura 68. Configuración de parámetros Trinus VR en el dispositivo móvil ...... 87 Figura 69. Visualización VR en el dispositivo móvil ...... 87 Figura 70. Edad ...... 89 Figura 71. Conocimiento de normas de tránsito ...... 90 Figura 72. Conocimiento de software en educación vial ...... 91 Figura 73. Nivel de atractivo del entrenador virtual ...... 92 Figura 74. Conocimiento de normas de tránsito ...... 93 Figura 75. Adquisición de conocimientos sobre seguridad vial ...... 94 Figura 76. Grado de aprendizaje del simulador ...... 95 Figura 77. Instrucciones claras ...... 96 Figura 78. Utilidad del simulador ...... 97 Figura 79. Recomendación del uso del simulador ...... 98

TÍTULO: Entrenador virtual urbano para educación vial de ciclistas

Autora: Tupiza Peralta Daniela Alejandra

Tutor: MSc. Aldrín Ismael Flores Suárez

RESUMEN

El uso de la bicicleta como medio de transporte posee ciertos riesgos para el ciclista a la hora de desplazarse dentro de un ambiente urbano, en el presente proyecto se detalla el proceso de desarrollo de un Entrenador Virtual Urbano enfocado a la Educación Vial de Ciclistas, mediante el uso de una combinación de tecnologías visuales y simulación, que permiten al usuario mantener una experiencia lo más cercana a la realidad y a su vez contribuye con la educación en cuanto a las normativas viales para la circulación de ciclistas. Se utilizó una bicicleta estática para la recepción de señales proporcionados por el software y hardware Arduino, adicionalmente se utilizaron las herramientas Cinema 4D para la elaboración de modelados 3D, el motor de videojuegos Unity 3D para la programación del ambiente y manejo de señales de la bicicleta. El software se puso a prueba con estudiantes universitarios y estudiantes de colegio, generando una gran experiencia inmersiva y fomentando las debidas precauciones a la hora de desplazarse por el ambiente urbano.

PALABRAS CLAVE: REALIDAD, VIRTUAL, SIMULACIÓN, ENTRENADOR VIRTUAL, CICLISTAS, EDUCACIÓN VIAL.

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TITLE: Virtual urban trainer for road education for cyclists

Author: Tupiza Peralta Daniela Alejandra

Tutor: MSc. Aldrín Ismael Flores Suárez

ABSTRACT

The use of the bicycle as a means of transport has certain risks for the cyclist when traveling within an urban environment. The present project details the development process of Urban Virtual Trainer focused on Cyclist Road Education, through the use of a combination of visual technologies and simulation, which allow the user to maintain an experience as close to reality as possible and in turn, contribute to education regarding road regulations for the movement of cyclists. An exercise bike used for the reception of signals provided by the Arduino software and hardware, additionally the Cinema 4D tools were used for the elaboration of 3D modeling, the Unity 3D video game engine for programming the environment and handling of bicycle signals. The software puted to the test with university students and college students, generating a great immersive experience and promoting proper precautions when traveling through the urban environment.

KEY WORDS: REALITY, VIRTUAL, SIMULATION, VIRTUAL TRAINER, CYCLISTS, ROAD EDUCATION.

xiii

INTRODUCCIÓN

En la actualidad, el auge tecnológico ha generado un gran impacto en la sociedad, por lo que resulta muy común que no comprendamos el potencial que representa a la hora de innovar y explotar diversas alternativas que contribuyan con las distintas problemáticas sociales.

Una de estas problemáticas es la movilidad del ciclista dentro de un ambiente urbano, tomando en cuenta los constantes peligros a los que se exponen, en la mayoría de casos debido al total desconocimiento de las normativas viales de circulación.

En referencia a esto, el presente proyecto pretende innovar la forma de educar al ciclista mediante el uso de herramientas tecnológicas que proporcionen un mayor acercamiento a la realidad a través de la tecnología de Realidad Virtual dentro de un ambiente virtual urbano.

Es así que se busca despertar el interés por la educación vial mediante el uso de la bicicleta, y fomentar con ello el transporte activo, esto hace referencia a la forma en la que los individuos se desplazan dentro de la ciudad, el aprendizaje y el gusto por un transporte ecológico. Para el desarrollo del proyecto se analizaron artículos, leyes y estudios científicos, que fundamenten la relevancia del simulador, con toda la información recabada se ha sustentado la iniciativa de este proyecto.

El presente documento está organizado de la siguiente manera: en el capítulo I se presenta la problemática en torno a la cual gira la investigación, y en el capítulo II se enfoca en el marco teórico que sustentan el proyecto, atribuyendo importancia a factores y términos que engloban la educación vial.

En el capítulo III se aborda la metodología utilizada para el correcto desarrollo del proyecto, se describen las diferentes etapas que inician con el diagnóstico y análisis, hasta llegar a la implementación del simulador, en el capítulo IV se evidencian los resultados de la encuesta aplicada para el diagnóstico.

Finalmente, en el capítulo V están las principales conclusiones obtenidas en relación a los objetivos y preguntas directrices, además, de las recomendaciones para investigaciones futuras.

Capítulo 1. El problema

1. Análisis del problema

1.1 Antecedentes

Durante los últimos años los avances tecnológicos, así como los distintos programas de simulación, han hecho posible el uso y manejo de diferentes herramientas visuales, que se encargan de reproducir sensaciones o experiencias tales como la Realidad Virtual. Este tipo de tecnologías permiten al usuario sumergirse en una gran variedad de ambientes, que se caracterizan por ser más detallistas y reales, ya que ofrecen un sin fin de posibilidades en cuanto a mundos virtuales, escenas y objetos. La combinación de estas tecnologías se encuentra estrechamente vinculadas a la percepción y manipulación de un entorno físico virtual.

A mediados de los años 50, el mecanismo para representar una realidad a través de la integración de diversas sensaciones en un mismo sistema empezó a surgir para cubrir una gran diversidad de necesidades visuales, tales como el Sensorama de Morton Heiling el cual estaba dotado de una cabina unipersonal en la que el espectador debía sentarse y enfocar su mirada a un visor, adicionalmente éste simuló una serie de viajes en bicicleta, motocicleta, automóviles y helicópteros, en el cual se estimulaba los diversos sentidos humanos como parte de una representación de tecnología inmersiva y multi-sensorial. Posteriormente se diseñó lo que se puede considerar como el primer casco VR (Realidad Virtual), al mismo tiempo se desarrolló el primer sistema de detección de orientación, llamado “Sword of Damocles”, elaborado por Iván Sutherland y Bob Sproul en el que se podía visualizar gráficos generados por un computador; sin embargo, la mejora de los gráficos 3D seria desarrollada por militares en simuladores de vuelo y por la industria del videojuego que hizo su aparición en la década de los 70 (Blanco, Cobo, & Pila, 2017).

La realidad virtual empezó a ganar popularidad en los años 90 específicamente en el ámbito del cine y la evolución del videojuego, en este periodo varias empresas como sega VR o Nintendo contribuyeron con pequeños avances en este tipo de tecnología. A pesar de no salir al mercado debido a problemas técnicos, para el año 2000 Google innova implementando Street View, tecnología que permite ver en 360° dentro de sus mapas, sin embargo para el 2010 Palmer Lucker diseña la primera versión de las Oculus Rift, despertando el interés de varios ingenieros, desarrolladores y empresas, sobre todo aquellas dedicadas a la industria de los videojuegos, más

2 adelante se tendrían nuevas innovaciones como las “Google Cardboar”, Samsung Gear VR, PlayStation VR, “HoloLens”, entre otras (Blanco, Cobo, & Pila, 2017).

En la actualidad, el auge de estas nuevas tecnologías propone ser parte de una innovación, donde grandes compañías han apostado a mejorar la experiencia en la percepción de un entorno físico a través de un dispositivo tecnológico, gracias a ello se ha establecido un antes y un después en varios sectores tales como: educación, medicina, deporte, transporte o incluso en la industria como tal.

Tomando en cuenta que los medios de transporte también han formado parte de una revolución tecnológica, podemos nombrar la bicicleta, que se ha convertido en un medio de transporte con gran popularidad por ser sostenible y económica, sin embargo, aún es considerada como una alternativa peligrosa para el desplazamiento en la ciudad, debido al desconocimiento o falta de aplicabilidad a las normativas de movilidad.

Por tal motivo el presente trabajo de titulación pretende realizar la integración de estas innovaciones visuales para la elaboración de un entrenador virtual urbano para la educación vial de ciclistas, que permita enseñar y concientizar sobre las diferentes normativas de seguridad con un mayor acercamiento a la realidad.

1.2 Planteamiento del problema

Hoy en día, los sistemas de transporte de las principales localidades del país atraviesan por etapas de saturación, congestión o ineficiencia operativa; es por ello que surge la necesidad de buscar diferentes medios de movilidad que agiliten la circulación a lo largo de estos espacios logrando que, la cultura que promueve el uso de la bicicleta se incremente con más fuerza en el Ecuador, pues es considerada como un medio de transporte alternativo que facilita la movilidad dentro del tráfico.

La problemática por la imprudencia tanto de los conductores, peatones y ciclistas a la hora de circular, provoca que el transporte dentro de un ambiente urbano se torne peligroso y arriesgado, de tal forma que el índice de fallecidos por accidentes de tránsito en el Ecuador va en aumento, dando como resultado que para el 2018 la tasa de mortalidad sea una de las más altas en los últimos cinco años, con 1.058 fallecidos en 12.460 siniestros, siendo Quito el cantón con más fallecidos por accidentes de tránsito de enero a julio del 2018, con 112 fallecidos (Cruz, 2018), de los cuales

47 de los siniestros se relacionaron directamente con ciclistas (Romero, 2018). A pesar de que Ecuador cuenta con leyes, reglamentos y políticas establecidas para el transporte, el sistema de movilidad para las bicicletas resulta muchas veces escaso, por otro lado, los ciudadanos desconocen los derechos y más aún las normas creadas a favor de los ciclistas.

Como se menciona anteriormente uno de los principales problemas al momento de integrar la bicicleta como una opción para circular en la ciudad, es la falta de conocimiento de las normativas para circular dentro de un entorno urbano, sobre todo por parte de los ciclistas es el mayor inconveniente que limita dicha integración. Si bien es notable que en ciertos casos los conductores tampoco terminan de respetar las leyes de seguridad al momento de transitar, es importante identificar los errores cometidos por parte del ciclista tales como: circular por vías equivocadas, en algunos casos en contra vía, la falta de señalización al momento de realizar alguna maniobra, prioridad de paso, velocidad a la que pueden circular, así como evitar el uso de accesorios de seguridad (casco, rodilleras , coderas, entre otras), tomando en cuenta que la percepción de inseguridad en las vías por parte de los usuarios de bicicleta puede llegar a ser superada mediante el cumplimiento de las normativas de tránsito.

Por ello el presente trabajo de titulación pretende proporcionar una herramienta que entrene y enseñe al ciclista de forma interactiva y dinámica sobre diferentes las normativas viales para circular dentro de la ciudad, a través de un mecanismo que lo introduzca en un entorno virtual urbano con el mayor realismo posible, apoyado por procesos de simulación y realidad virtual.

¿Es posible realizar un entrenador virtual urbano para la educación vial de ciclistas?

1.3 Justificación

Dado que en la actualidad el sistema de bicicleta es utilizado con más frecuencia dentro de la ciudad, el entrenador virtual estará enfocado a ayudar y contribuir a las personas a educarse en cuanto a las normativas viales para ciclista dentro de un ambiente urbano, sometiéndoles a diversas situaciones que apoyen el aprendizaje y lo ayuden a desenvolverse de mejor manera en un ambiente real.

Tomando en cuenta todos los avances tecnológicos y nuestra fácil adaptación a ellos, se busca realizar una herramienta didáctica educativa, por medio de la cual la enseñanza de las diferentes normativas viales resulte más fácil para el usuario antes de salir al ambiente real en el cual se

4 encuentre presionado por los peligros, que se encuentran dentro de la ciudad, más aun sin tener un claro conocimiento de cómo actuar frente a las diversas situaciones a las que deben someterse los ciclistas día a día, y por qué no decir a las distintas normas que deben aplicar y que muchos de ellos no tienen conocimiento alguno.

Este entrenador virtual busca aprovechar el auge de las nuevas tecnologías visuales para reforzar el conocimiento y aplicación de las normativas viales orientadas a los ciclistas de una forma cuasi real, dentro del contexto de Computación Gráfica, se encuentra el aprovechamiento de las nuevas tecnologías para proponer ideas innovadoras que contribuyan a la sociedad, la herramienta que permitirá hacer viable recrear todas estas experiencias visuales es el motor de física de videojuegos Unity 3D, el cual nos proveerá de los materiales necesarios para la elaboración de este entorno virtual.

1.4 Objetivos 1.4.1 Objetivo general Desarrollar un Entrenador Virtual Urbano para la educación vial de ciclistas. 1.4.2 Objetivos específicos

 Diseñar una herramienta en base a la teoría de Realidad Virtual que permita enseñar al usuario sobre las diferentes normativas viales para ciclistas en un entorno virtual urbano 3D.  Elaborar un ambiente virtual 3D con la temática de un entorno urbano para la movilización del usuario, utilizando software de modelado: Cinema 4D.  Desarrollar la programación de un entrenador virtual utilizando el motor de física de Unity3D.  Realizar la conexión de Arduino con la herramienta Unity para detectar los movimientos integrados en una bicicleta prototipo y trasladar su movimiento al entrenador virtual.  Aplicar la teoría de Realidad Virtual mediante la herramienta Trinus VR, para visualizar el entorno urbano en las Gafas VR a través del dispositivo móvil.

1.5 Alcance

 La herramienta proporciona las instrucciones necesarias para que el usuario aprenda sobre las normativas y leyes de tránsito de ciclistas, para circular en la ciudad.

 El entrenador virtual posee una interfaz amigable para el usuario diseñada en Adobe Photoshop y Adobe Ilustrador.  Se desarrolló modelados de: escenarios y objetos en 3 dimensiones con el software Cinema 4D R17.016.  La programación de esta herramienta se desarrolló en Unity 2017.2.0f3 con el lenguaje de programación C#.  Se integró la herramienta de Realidad virtual VR Box para asegurar la inmersión del usuario dentro del entorno 3D.  Se utilizó un hardware para la interacción del usuario con la bicicleta prototipo para asegurar que la experiencia del usuario al momento de usar el entrenador virtual se asemeje a la realidad.  El software está desarrollado para dispositivos con sistema operativo Windows.

1.6 Limitaciones

 El entrenador virtual presenta un mini ambiente de entrenamiento, más no una ciudad entera, debido a la complejidad que esto representa.  La bicicleta utilizada es estática con las funciones de pedalear y mover el manubrio, no posee la capacidad de tener movimientos laterales para equilibrarse.  No se aplica la detección de movimiento de la persona, en cuanto a sus extremidades, la inmersión a la realidad virtual se realiza por medio del uso de gafas de realidad virtual, que le facilita una vista cuasi- real del escenario.  Es necesario el uso de la tecnología de realidad virtual, así como un celular de última generación, para una experiencia más realista.  No está orientado a personas con discapacidad física puesto que el entrenador virtual necesita receptar los movimientos, tanto de sus brazos (girar a la derecha o izquierda, sostener o soltar el manubrio) y piernas(pedalear) para su funcionamiento.  El software no funciona en el dispositivo móvil directamente debido a la complejidad para recepción de señales enviadas por el Arduino para el manejo y control de la bicicleta.

Capítulo 2. Marco Teórico

2. Fundamentación teórica

2.1 Antecedentes

La educación vial representa uno de los principales desafíos asociados al desarrollo de las sociedades actuales, la problemática sobre índices de accidentes y el incumplimiento de las leyes de tránsito, va en crecimiento en todo país, su distribución en cada provincia, cantón y ciudad con la diferencia que en cada uno de ellos, plantean soluciones diferentes pero involucradas en la educación vial impartidas en instituciones de educación (Gutierrez & España, 2012).

Por ejemplo, desde el marco internacional en Europa la educación vial es tomada como uno de los pilares fundamentales dentro de la Ley Orgánica de Ordenación del Sistema Educativo, esta se complementa en el desarrollo de los jóvenes en el proceso educativo general. En 1973 la Dirección General de Ordenación Educativa aprobó las orientaciones pedagógicas para el desarrollo de la Educación Vial, las mismas que fueron tomadas como referentes en el continente europeo. El interés por reducir los índices de accidentes de tránsito, llevó a que se reforme las leyes y se incluya en el pensum de estudio escolar la Educación vial.

Los accidentes de tránsito se han convertido en un problema de salud pública global y, por consiguiente, prioritario para la Unión Europea (OMS, 2019). La comisión europea elaboró en 2003 el programa de acción europeo de seguridad vial, que tiene como objetivo reducir a la mitad el número de víctimas de accidentes de tránsito en la unión europea.

Mientras que, en América Latina según la Organización Mundial de la Salud, tienen más alta la tasa de víctimas mortales asociadas al tránsito y sus proyecciones indican que dicha tasa se incrementará para el año 2020 (OMS, 2019), debido a esto se creó un grupo transitorio para la Seguridad Vial en América Latina el cual tiene como objetivo la colaboración entre los sectores de los gobiernos, la sociedad y el sector privado para trabajar en conjunto por la seguridad vial.

El factor humano es el territorio en el que muy pocos de los gobiernos logran impacto y éxito para la gestión de preservar la vida humana, además la baja inversión en educación vial determina

7 que la calidad de vida de los habitantes de una nación organizada pueda disfrutar de seguridad en las vías.

Algunos educadores señalan que la responsabilidad del factor humano en los accidentes de tránsito es la principal causa debido a la falta de respeto a las normas de tránsito y la utilización de la vía pública, pero sobre todo el exceso de velocidad.

2.2 Educación vial

Para entender y contextualizar la educación vial y su posicionamiento en el Ecuador, es necesario conocer el alcance de algunos términos dentro del tema, en este caso se centra el estudio en vialidad y educación.

Es así que proyectaremos la vialidad como todos los medios directos, en las que se encuentran vías de acceso que pueden ser tanto de comunicación y transporte, los medios por donde encontramos estas vías pueden ser el agua, el aire y la tierra, ahora bien, desde el punto de vista de infraestructura la vialidad de una región es parte de toda de la estructura física como caminos, carreteras, autopistas, puentes entre otros, que es donde se centra el foco de estudio.

Según el Departamento de Educación vial ecuatoriano, el concepto de vialidad es uno solo, la única diferencia es el sistema o estructura de acuerdo a las necesidades de la región. Es así que “La vialidad es la estructura o forma de los espacios que sirven para conectar los diferentes lugares de la ciudad y varían de acuerdo a la forma y extensión de cada ciudad o país” (Gutiérrez & España, 2012).

Ahora bien, se aborda el tema educación como se menciona, y básicamente este es un término general que abarca: “el proceso de enseñanza, de modificar al hombre para cultivar en él, los conocimientos necesarios que requiere para surgir en el mundo” (Tuteorica, 2016). Sin embargo, existe una perspectiva que indica que “la educación se logra a través del perfeccionamiento inmediato de las capacidades humanas, pero no es lo mismo educación que instrucción, como lo que se realiza en las escuelas” (Dominick, 1986). La educación va más allá pensando en el hombre como persona y como comunidad.

Es así entonces que la educación vial viene a ser el conjunto de normas y reglas de tránsito que toda persona debe conocer, para un correcto comportamiento vial y así salvar sus vidas por medio de la educación

Por ende, la educación vial es una rama de la Educación social, es decir, un componente del sistema educativo que nos permite vivir armónicamente en sociedad, con la participación de la ciudadanía en aquellos hechos o acontecimientos que les afectan de forma directa (Gutiérrez & España, 2012). “Específicamente, la educación vial brinda las herramientas teóricas y prácticas para el correcto uso de las vías públicas, sean calles, avenidas o carreteras, cuyo propósito es crear una cultura vial sostenible” (Unasev, 2017).

2.2.1 Educación vial en el Ecuador

La educación vial se continúa considerando una necesidad por satisfacer, la circulación vehicular en el país es un agravante en el registro de accidentes (Acosta, 2017).

En el Ecuador la Educación vial está a cargo del Ministerio de Transportes, institución que, a través de los organismos respectivos (ANT y GAD’s) regula su difusión, tanto en campañas preventivas como en coordinación con las escuelas de conducción que capacitan a los cuidadnos que deseen obtener licencias profesionales y no profesionales (Asamblea Nacional, 2018). En el caso de los ciclistas, al ser un actor vial equiparable al peatón, no existe una escuela de conducción de bicicletas, pero quienes usan frecuentemente este medio de transporte, están obligados a conocer y respetar las señales de tránsito en general, así como las específicas, con el fin de asegurar su seguridad, por, sobre todo.

Los principios que rigen la educación vial, en lo referente a los conductores y ciclistas, son (Tuteorica, 2016):

1. Principio de responsabilidad

2. Principio de la confianza en la normalidad del tráfico

3. Principio de la conducción dirigida

4. Principio de la integridad personal

5. Principio de señalización

6. Principio de la conducción defensiva conducción preventiva

Estos principios son el fundamento de toda acción que debe ejecutar cualquiera de los actores de tránsito, y los ciclistas, desde luego, están obligados a regirse por los mismos cuando se desplazan por las vías públicas.

2.2.2 Normativa de tránsito en el Ecuador

En el Ecuador la agencia metropolitana de tránsito (AMT) es el ente regulador que se encarga de expedir normativas, leyes, regulaciones y actualizaciones para el transporte terrestre en el país, notando así:

Reglamento para la ley de transporte terrestre, tránsito y seguridad vial

Con enfoque en los ciclistas tendrán las siguientes obligaciones (Vistín, 2018):

 Mantener sus bicicletas equipadas con los siguientes aditamentos de seguridad: Frenos de pie y mano, dispositivos reflectantes en los extremos delantero de color blanco y posterior de color rojo, dispositivos reflectantes en pedales y ruedas. Para transitar de noche, la bicicleta debe tener luces trasera y delantera en buen estado.  “Mantener la bicicleta y sus partes en buen estado mecánico, en especial los frenos y llantas”.  “Abstenerse de llevar puestos auriculares que no permitan una correcta audición del entorno”.  “Respetar la prioridad de paso de los peatones, en especial si son mujeres embarazadas, niños, niñas, adultos mayores de 65 años, invidentes, personas con movilidad reducida y personas con discapacidad”.  “Abstenerse de circular por los carriles de media y alta velocidad”.  “Abstenerse de circular por las aceras o por lugares destinados al tránsito exclusivo de peatones”.  “En caso de necesitar hacerlo, bajarse de la bicicleta y caminar junto a ella”.  “Abstenerse de asirse o sujetarse a otros vehículos en movimiento”.  “Abstenerse de realizar maniobras repentinas”.

 Abstenerse de retirar las manos del manubrio, a menos que haya necesidad de hacerlo para efectuar señales para girar o detenerse y hacer uso anticipado de señales manuales advirtiendo la intención cuando se va a realizar un cambio de rumbo o cualquier otro tipo de maniobra, señalando con el brazo derecho o izquierdo, para dar posibilidad de adoptar las precauciones necesarias.  “Llevar a bordo de forma segura sólo el número de personas para el que exista asiento disponible en las bicicletas cuya construcción lo permita, siempre y cuando esto no disminuya la visibilidad o que incomode en la conducción”.  “Abstenerse de transportar personas en el manubrio de la bicicleta o entre el conductor y el manubrio”.  “Abstenerse transportar carga que impida mantener ambas manos sobre el manubrio, y un debido control del vehículo o su necesaria estabilidad o que disminuya la visibilidad del conductor”.

2.2.3 COIP

Los ciclistas que incurran en contravenciones serán sancionados conforme estipula el Código Orgánico Integral Penal capítulo 8 en sus artículos 371-392 con multa equivalente al cinco por ciento de un salario básico unificado del trabajador general y reducción de uno punto cinco puntos en su licencia de conducir:

La o el ciclista o motociclista que circule por sitios en los que no le esté permitido.

La o el ciclista y conductor de vehículos de tracción animal que no respete la señalización reglamentaria respectiva.

Cabe mencionar que los ciclistas deberán acatar todas las disposiciones de normativa legal vigente, puesto que indica que al existir cometimiento de alguna contravención de todas las que estipula el COIP: “Las y los ciclistas y peatones, en los casos que corresponda, se los sancionará únicamente con la multa” (COIP, 2017).

Porcentaje de uso de las bicicletas de BiciQuito

Los datos presentados a continuación, son los números de viajes que se realizan mensualmente en las estaciones del sistema BiciQuito.

Tabla 1. Reporte mensual préstamos 2018

REPORTE MENSUAL PRESTAMOS AÑO 2018 MES CANTIDAD ENERO 13.030 FEBRERO 9.516 MARZO 14.190 ABRIL 12.888 MAYO 11.948 JUNIO 12.891 JULIO 14.249 AGOSTO 11.564 SEPTIEMBRE 10.951 OCTUBRE 11.081 TOTAL: 122.308 Fuente: (AMT, 2018)

Tabla 2.Rutas más utilizadas por los usuarios

ESTACIÓN DE RUTA ESTACIÓN DE ORIGEN DESTINO Ejido Av. Amazonas Cruz del Papa Seminario Colón – Reina Victoria Mariscal Seminario Colón - Ulloa –G. Darquea Santa Clara Portugal Shirys – Diego de Almagro Flacso Mariscal Veintimilla Flacso Santo Domingo Guayaquil Alameda Santo Domingo Guayaquil – Gran Colombia - Patria Ejido Fuente: (AMT, 2018)

2.2.4 Normas de Seguridad Vial para ciclistas

Notaremos las principales consideraciones:

 Siempre que se vaya en bicicleta se debe de llevar el casco.  Siempre que circules de noche, reduce la velocidad y toma las siguientes precauciones:  Asegúrate de que llevas las luces reglamentarias: una luz delantera, blanca o amarilla. (CIESPAL, 2016)

Refuerza los medios para que te vean:

 Colocándote un brazalete reflectante en el brazo izquierdo.  Adosando "tiras reflectantes" al casco.  Usando ropas claras.  Llevando siempre una linterna.

Cuando se utiliza la bicicleta es conveniente:

 Intentar evitar las carreteras principales con mucho tráfico.  Respetar a los demás usuarios de la vía.  Respetar las señales de tránsito y las órdenes de los agentes de policía, ya que somos un vehículo.  Tanto en carretera como en ciudad, el ciclista debe circular por la derecha de la calzada.  En las carreteras que tienen arcén lateral, los ciclistas deben circular siempre por el arcén de la derecha.  En las ciudades donde hay carril para bicicletas, los ciclistas únicamente pueden circular por dicho carril y siempre en el sentido marcado.  Cuando un ciclista, para sortear un obstáculo o para adelantar, tenga que salir del arcén o del carril, debe indicarlo extendiendo con antelación el brazo izquierdo y mirando siempre antes para cerciorarse de que puede efectuar sin peligro la maniobra.

Prohibiciones:

 Está absolutamente prohibido circular en paralelo.  Exagerar la atención que se de en los cruces.

Para adelantar, debes tener en cuenta las siguientes normas:

 Adelantar siempre por la izquierda.  Avisar con toques de timbre al vehículo procedente.  Comprobar que no pretende adelantarte otro vehículo.  Avisar con el brazo extendido de que tienes intención de adelantar.  Tener cuidado con la posible apertura de las puertas de los vehículos.  No cometer imprudencias y respetar el código de circulación.

2.3 Consejos para la circulación de BiciQuito

Dentro de la página oficial de BiciQuito, se encuentran algunos consejos oficiales que ayudan para la circulación de los usuarios de ciclo vía (BiciQuito, 2019):

1. “Antes de comenzar a utilizar la bicicleta, te sugerimos colocar en la marcha más suave; rota despacio los cambios hacia atrás. Para adquirir mayor velocidad puedes mover hacia delante y para pendientes puedes colocar la marcha más suave”. 2. “La bicicleta es un vehículo y, por lo tanto, tienes derecho a circular por la calle como otro vehículo más, sin embargo, procura utilizar las ciclovías señalizadas por el Municipio”. 3. “Respeta las señales de tránsito para evitar accidentes. No circules en sentido contrario, si debes utilizar la acera, bájate de la bicicleta antes de subir y bajar de la misma”. 4. “Siempre ten tus manos en los manubrios, si vas a realizar señas manuales y debes frenar, utiliza el freno trasero (lado derecho del manubrio)”. 5. “Evita culebrear, esto incluye a los espacios que hay entre los autos estacionados, ya que los automóviles podrían no verte cuando te incorpores de nuevo a un carril”. 6. “Cuando rebases vehículos estacionados recuerda que las puertas pueden abrirse, así que; detén la marcha de la bicicleta, toma precauciones”. 7. “Por tu seguridad en los semáforos, ubícate delante de los automóviles para que los conductores te vean”. 8. “Establece constantemente contacto visual con los conductores y los peatones y usa el timbre de la bicicleta para llamar su atención”. 9. “Rebasa siempre por la izquierda; o bien, espera a que los autos vuelvan a arrancar”.

10. “Mantente atento a alcantarillas, irregularidades en la vía, baches o cualquier otro obstáculo que pudiera causarte una caída”. 11. “Recuerda que los vehículos grandes no te ven cuando te colocas en sus laterales traseros. Nunca te coloques en estos puntos ciegos”. 12. “Respeta las señales de tránsito para evitar accidentes. No circules en sentido contrario ni sobre las veredas, ya que es riesgoso para los peatones”. 13. Usa señas manuales con tu brazo izquierdo. Extiende tu brazo hacia la izquierda, si vas a virar a ese lado. Pon tu brazo en ángulo de 90 grados hacia arriba si vas a girar a la derecha y haz un ángulo de 90 grados hacia abajo si vas a frenar. Por tu seguridad, mantén tu mano derecha en el volante debido a que normalmente en ese lado se ubica el freno de la llanta trasera. 14. “En condiciones de menor luminosidad, días nublados y por la noche hazte visible utilizando ropa de color claro o llamativo y/o distintivos refractivos”.

2.4 Realidad virtual

La realidad virtual, integra un conjunto de técnicas y tecnologías destinadas a la representación y manipulación de objetos con el fin de irradiar una idea al usuario, basadas en la visualización de conceptos, objetos y acciones en 3D de forma interactiva que promueven la participación del usuario con un medio evitando descuidar la apariencia visual (Mejía & Torres, 2012).

En la actualidad es más frecuente el uso de una gran cantidad de recursos digitales, los cuales han favorecido a la enseñanza de algún área específica, desde softwares educativos hasta otros objetos de aprendizaje como son los simuladores que permiten la transferencia de conocimiento ajustado a un objetivo o necesidad de acuerdo a un área determinada.

Incluso hoy en día se pueden encontrar varios simuladores, que aplican el uso de realidad virtual, enseñando a pilotear una nave, manejar un submarino, un auto, motocicletas entre otros. La falta de conocimiento o aplicación a las leyes y normas de tránsito, para los diferentes medios de transporte representan parte del problema, por ello las innovaciones tecnológicas pueden presentarse como un método de solución.

A través del avance tecnológico se han logrado desarrollar herramientas que contribuyan al usuario en el proceso de enseñanza-aprendizaje de manera didáctica e interactiva, fomentando una

15 estrecha relación entre la tecnología y educación, mediante el uso y aplicación de la realidad virtual, la cual permite que el usuario, específicamente ciclistas, circulen y se desplacen en un ambiente urbano, lo más acercado a la realidad.

2.4.1 Tipos de realidad virtual

Existen muchas maneras de clasificar las variaciones de Realidad Virtual, tomando como principal característica el grado de inmersión proporcionado al usuario a la hora de realizar la experiencia entre éstas se tiene (Filmora, 2019):

 Realidad virtual no inmersiva: permite que el usuario visualice imágenes a través de una pantalla sin necesidad de utilizar ningún tipo de equipo o gafas especializadas para ello, suelen ser utilizados con el acompañamiento de dispositivos externos ya sean auriculares, joysticks, teclado, mouse, entre otros, por lo que resulta una alternativa muy conveniente para cuando se necesita una “vista rápida” y poco acercamiento a la realidad.  Realidad virtual semi-inmersiva: resulta de la combinación de la realidad virtual y de la realidad aumentada resultando un balance entre ambos mundos (virtual y real). Una de sus principales características es que requiere de 4 pantallas provistas en forma de cubo que rodean al observador, el usuario utiliza lentes y un dispositivo que recolecta la información de los movimientos de la cabeza de tal forma que el usuario mantenga contacto con los elementos del mundo real.  Realidad virtual inmersiva: no es más que la interacción total en un mundo de realidad virtual a través de un sistema de gafas o HMD (Head Mounted Display, es decir, los usuarios son transportados a un mundo virtual gracias a un par de lentes (Oculus Rift, Samsung Gear VR y el HTC Vive).

Según el apartado mencionado, el proyecto se desarrolló con realidad virtual inmersiva, a través de un hardware y software que logran una apreciación de la realidad en cuanto al recorrido de un ciclista en la ciudad.

2.4.2 Tipos de gafas VR

Las gafas de realidad virtual son una especie de lente tipo gafa con un mecanismo que permite observar una simulación virtual en la que simula que el usuario está inmerso dentro de la escena, cuando se las usa parece que se ha transportado a un lugar virtual, se puede utilizar estas gafas para vivir una experiencia emocionante y distinta o para jugar videojuegos en primera persona.

Los tipos de gafas están determinadas por (García, 2017):

 Gafas DIY: las típicas gafas de cartón que pueden ser armadas por el usuario. Utilizan unas sencillas lentes.  Gafas RV móvil: una carcasa de plástico o metal con espacio para insertar el smartphone, que actúa como pantalla y dispositivo generador del entorno virtual.  Gafas RV estándar: incorporan sus propias pantallas y sistema de sonido. Deben conectarse a un dispositivo que cree el entorno virtual, como un ordenador o una consola.

Conociendo estas características se tiene los siguientes tipos de marca (García, 2017):

1. Google Cardboard Estas gafas de realidad virtual son las más económicas y sencillas, fueron diseñadas inicialmente por Google y su sistema óptico está envuelto por una carcasa de cartón, para utilizar estas gafas es necesario tener un smartphone con las correspondientes aplicaciones de realidad virtual. 2. Samsung Gear VR Las gafas Gear VR son una evolución de las Google Cardboard, en este caso su sistema óptico está envuelto en una carcasa de plástico, son más cómodas y resistentes que las anteriores y además producen una profundidad y calidad óptica mejor, para usarlas también es necesario usar un smartphone. 3. Gafas de realidad virtual para usar con el PC o la consola Son las gafas de realidad virtual más especializadas y complejas, necesitan otros dispositivos para funcionar, dentro de estas están (Filmora, 2019):  PlayStation VR, funcionan con la propia consola PlayStation y la PS Camera, tienen unos cuantos paneles LED que se iluminan para seguir el movimiento de la cabeza.

 Gafas de realidad virtual HTC Vive, funcionan conectadas al computador, el cual debe de ser bastante potente para que las imágenes fluyan correctamente, además, incluyen dos controladores inalámbricos para las manos y dos estaciones base para una experiencia de realidad virtual tanto sentados como de pie.

En la actualidad existen numerosos modelos más y seguramente en un futuro se irá mejorando su calidad óptica e irán saliendo modelos nuevos, sin embargo, para el desarrollo de este proyecto se eligieron las gafas del tipo Cardboard, que según lo indicado dentro del apartado resultan más económicas y cumplen con el objetivo de simular la realidad a través de un dispositivo ubicado en el aparato.

2.4.3 Tipos de dispositivos externos (periféricos) que interactúan en RV

Los dispositivos periféricos permiten al usuario estimular sus procesos sensoriales, principalmente el de la vista, el oído y el tacto, por esto, dentro de las aplicaciones de Realidad Virtual es importante incluir el manejo del hardware de interacción que sea adecuado, simple de manejar e intuitivo para conseguir el vínculo entre lo real y lo que se quiere percibir como real (Lara, Santana, et al., 2019).

Dentro de este contexto, los tipos de dispositivos periféricos se han clasificado en dispositivos de entrada y dispositivos de salida (E/S), los mismos se detallan a continuación según (Lara, Santana, et al., 2019):

 Dispositivos de entrada: se ocupan de captar los movimientos de los usuarios y dirigirlos al computador; como parte de estos dispositivos se encuentran los posicionadores (sistemas de tracking), guantes, micrófonos, ratones, andadores, mesas de visualización, entre muchos otros.  Dispositivos de salida: tiene la función de convertir las señales de audio, video y demás derivados del computador en un estímulo, para los sentidos de los usuarios en Ambientes Virtuales; aquí se pueden identificar dispositivos como los displays basados en proyector (CAVE), plataformas móviles, sistemas de sonido, altavoces, entre otros. Ambos tipos de dispositivos logran la comunicación entre el usuario y los Ambientes Virtuales.

Desde una perspectiva más práctica y como parte de los efectos que estos dispositivos pueden provocar en los usuarios, se pueden catalogar en dispositivos de: visión, audición e interacción.

 Visión: facilitan una visión similar a la real, a través de displays con una vista estereoscópica.  Audición: emiten sonidos propios que dependiendo del punto de ubicación estimulan el sentido del oído de los usuarios.  Interacción: consideran dispositivos tanto de entrada como de salida, debido a que proporcionan al usuario la interacción con el ambiente virtual, a través de movimientos que pueden ser rastreados.

Para dar un impacto más fuerte a la experiencia existen dispositivos que se usan de manera externa para dar un plus a la realidad virtual, en ese marco existen algunos tales como (González, 2017):

1. Leap Motion

Este periférico es compatible con la plataforma OSVR y puede montarse en un visor de RV por medio de un complemento, y funciona con visores como el HTC Vive y Oculus Rift, permite gestos manuales, es muy preciso y hace seguimiento de los dedos.

2. Virtuix Omni

Es considerada como una de las pocas piezas de hardware que permiten caminar en todas las direcciones en realidad virtual, funciona con el Rift y él Vive, permitiendo correr, girar, y caminar en varios juegos.

3. Oculus Touch

Sus controles táctiles se consideran como las piezas faltantes del visor de RV, el Touch no solo es un par de guantes es mucho más inmersivo que un mando normal, sus pequeños controladores de media luna que tiene en los dedos tienen respuesta táctil, palancas, sensores, gatillos y cuatro botones.

4. Manus VR

Los guantes Manus VR usan todo el brazo, estando a un paso más cerca para usar las manos entre la realidad virtual tal como se haces en la vida realidad.

5. PS VR Aim

Es un periférico aprobado por Sony para el control move o control de movimiento, se utiliza para jugar juegos de disparos más naturalmente, da un seguimiento directo y permite disfrutar la misma experiencia que se siente en la vida real cuando apuntas hacia un blanco.

6. VirZoom

Es una bicicleta de ejercicios que brinda una experiencia de RV llamada VR bike. este periférico cuenta con sensores inalámbricos que se integran en los pedales de la bicicleta, para que permita sentir la velocidad del pedaleo en el juego.

Para el proyecto se decidió utilizar una bicicleta estática como dispositivo externo, de tal forma que brinde un mayor realismo al usuario al momento de realizar el recorrido, este dispositivo recoge la información del pedal y manubrio de la bicicleta para la detección de velocidad y ángulo de giro del usuario dentro del simulador.

2.4.4 Plataformas de ejecución VR

En este sentido, básicamente la realidad virtual consiste en la creación de un entorno que es generado a través del hardware y el software de un dispositivo informático, mediante ello, el usuario puede sumergirse en este entorno de realidad virtual a través del uso de elementos creados para ello, como lo son los lentes o los cascos de realidad virtual.

Pues bien, para poder disfrutar de la realidad virtual son necesarios una serie de elementos imprescindibles para ello, por un lado, un dispositivo informático que es el que genera el entorno virtual, que puede ser nuestra computadora, consola o incluso un dispositivo móvil o smartphone, y por otro lado unas lentes de realidad virtual que son los que poseen la pantalla a través de la cual visualizaremos la realidad virtual (Terán, 2019).

Lo que hacen las lentes de realidad virtual es ampliar el ángulo de visión que nos ofrece el dispositivo informático, y de esta forma hace que la pantalla abarque todo nuestro espectro visual, para brindar así la posibilidad de poder disfrutar de la sensación de envolvimiento.

Cabe destacar que para que este entorno pueda producirse, el teléfono inteligente o cualquier otro dispositivo informático que se utilice, lo que hace es generar dos imágenes diferentes, es decir una para cada uno de los ojos, para de esta forma poder crear el efecto 3D, de manera similar a cuando se usan lentes especiales para ver películas en 3D (Terán, 2019).

El presente proyecto se ejecuta en un computador con sistema operativo Windows y su imagen es proyectada en un dispositivo móvil a través de un software de conversión VR, este dispositivo es colocado en las Cardboards simulando una vista de realidad virtual.

2.4.5 La realidad virtual y el ciclismo

Gracias al avance que posee la realidad virtual en la actualidad es posible recrear ambientes que permitan al ciclista competir, o simular un paseo en bicicleta en cualquier parte del mundo, cuya experiencia propone la plataforma Zwift y Bkool.

Zwift es una plataforma virtual multijugador, a través de la cual se puede establecer contacto con otros ciclistas y competir con ellos, disfrutando también de la sensación de recorrer diferentes rutas del mundo, e incluso escuchar los ruidos de bicicletas y algunos sonidos ambiente (Tuvalum, 2018). Es decir, se trata de un videojuego interactivo en la que el ciclista puede sumergirse en una carrera o entrenamiento virtual desde su bicicleta estática o rodillo, además de ello ofrece la posibilidad de medir el rendimiento al final del recorrido, datos como ritmo cardiaco, velocidad, distancia y potencia (Tuvalum, 2018).

A pesar de que la plataforma aún se encuentra en etapa de prueba, es posible probarla descargando la aplicación a través de la página oficial (Zwift, 2018), la cual es compatible con gran parte de rodillos interactivos, así como la mayoría de dispositivos y gadgets deportivos que posean configuración ANT+, que es uno de los estándares de comunicación inalámbrica más usados actualmente en materia deportiva por empresas como Garmin y Adidas (Sierra, 2018).

Como es notable en los últimos años la popularidad de las bicicletas estáticas y los rodillos han aumentado, ofreciendo mayores ventajas tales como, la facilidad de mantener un entrenamiento

21 desde la comodidad del hogar, además del bajo coste de inversión que representa en cuanto a equipamiento, sobre todo para aquellos que gustan del ciclismo indoor, así como para aquellos que desean practicar al aire libre, ya sea por diversión o por los malos climas que en ocasiones impiden su salida.

Bkool es una solución interactiva que posee un rodillo de entrenamiento al que se ancla la bicicleta del usuario, y vídeos de más de 500.000 rutas del mundo, este sistema ha captado a ciclistas de más de 20 países, logrando que la experiencia sea más realista gracias a 3D World, un simulador en tres dimensiones con patente provisional abierta en Estados Unidos. El usuario puede elegir «cualquier ruta del mundo» y la tecnología de Bkool va dibujándola en tres dimensiones en tiempo real. Si deja de pedalear, la imagen se para; si toma un camino alternativo, éste se reproduce frente a él. Y ahí radica la gran innovación del sistema. Mientras que en cualquier videojuego los escenarios están predefinidos, con 3D World, el entorno virtual no está grabado, sino que se genera automáticamente al pedalear (Climent, 2014).

A pesar de ser una herramienta novedosa la Bkool se queda corta, debido a su interface poco intuitiva que inicialmente dificulta el manejo de la plataforma. Sin embargo, se presenta como uno de los grandes avances para aquellos que disfrutan del deporte, competencias o entrenamiento, haciendo que sea posible acceder a las distintas rutas sin la necesidad de estar presente físicamente, llegando a formar parte de una innovación tecnológica que le permite al usuario sumergirse en una parte de la realidad a pesar de no estarlo.

2.4.6 Uso de simuladores como recurso digital para la transferencia de conocimiento

Tomando en cuenta el impacto de las nuevas tecnologías de la información y la comunicación (TIC) sobre los diferentes ámbitos educativos, nace la necesidad de realizar una reestructuración en el proceso de enseñanza-aprendizaje dentro del aula, basándonos en los constantes cambios y avances tecnológicos, en la que gran parte de la ciencia empieza a tomar fuerza a través del paradigma de la simulación como transferencia de conocimientos, permitiendo que el alumno desarrolle algún tipo de actividad, que en algunos casos representa un riesgo para él, cambiándola por una con mayor seguridad a través de procesos que le ayuden a representar una parte de la realidad.

Los simuladores forman parte de un procedimiento que ha llegado a contribuir con la formación y construcción de conocimientos, a través de nuevas estrategias metodológicas que fomenten el aprendizaje del estudiante, sin embargo a pesar de que las aplicaciones que implican el uso de simulaciones resultan aún muy escasas, se pueden encontrar experiencias que fomentan los procesos de enseñanza con simuladores; mediante la integración de las tecnologías de telecomunicaciones por computadora con instrumentación virtual, lo cual asegura una rica experiencia de aprendizaje para el estudiante de una forma realista y significativa.

En la actualidad varios países latinoamericanos no poseen el avance o inclusión de las nuevas tecnologías en los distintos ámbitos educativos a diferencia de los países europeos, asiáticos y norteamericanos, es por ello que se realiza un proceso de investigación en una Universidad privada de Colombia para medir la aportación que da el uso de simuladores a la formación de estudiantes universitarios de ingeniería, en los procesos de enseñanza-aprendizaje como recursos digitales didácticos para la transferencia de conocimiento.

La orientación de la investigación fue de campo, tomando en cuenta grupos de estudiantes y docentes de cursos de ciencias básicas de la facultad de Ingeniería, quienes a ese entonces utilizaban métodos de enseñanza tradicionales, dando como resultado que existe un bajo porcentaje de docentes que utilizaban simuladores en la práctica, pero al momento de trabajar con éstas herramientas digitales, se obtuvieron resultados favorables dentro del ámbito educativo, además basándose en esta investigación, se puede afirmar que la simulación forma parte de los cambios que imponen las nuevas tecnologías a fin de ayudar con la transferencia de conocimiento de forma didáctica y precisa, con el fin de lograr una mayor participación e inmersión a la ciencia por parte del estudiante (Contreras, García, & Ramírez, 2010).

2.5 Técnicas de modelado y texturización

2.5.1 Modelado 3D

Existen varios métodos o técnicas que se utilizan para el modelado 3D dependiendo del nivel de complejidad y realismo que se desea dar al modelado elaborado, en ese contexto se presentan algunas técnicas que se consideran las más importantes a la hora de un desarrollo virtual y que son relevantes para la implementación del proyecto (Vega, 2017):

 Solidify: es una técnica utilizada para añadir profundidad a los planos que conforman el modelo creado.  Sólido: es muy eficaz y permite combinar fácilmente primitivas y perfiles extruidos, y ofrece propiedades de masa y funciones de sección.  De Contorno: esta técnica representa solo las superficies externas de un modelo, es decir, la cáscara, siendo la forma conceptual.  Low Poly: se utilizaba inicialmente para crear modelos 3D de baja resolución, debido a que consiste en crear objetos con pocos polígonos, es decir, con pocos detalles, de manera que la velocidad de renderizado del modelo sea mucho mayor.  High Poly: es una malla que contiene una alta tasa de polígonos y es usada para obtener detalles durante el modelado, como los poros de la piel. Sin embargo, raramente es usado como pieza final de un proyecto de videojuegos, por ser un modelo que requiere un alto poder computacional de procesamiento, aunque pueda ser usado como escultura digital.  Por caja: Esta técnica es la más común en el modelado por polígonos y consiste en hacer uso de figuras geométricas simples como cubos, esferas, cilindros o pirámides. Estas se posicionan según el modelo deseado y se refinan hasta obtener la figura deseada.

Para el proyecto planteado en este documento, se utilizó el modelado por caja pues brinda más calidad de realismo y bajo peso en poligonal al modelado, lo que infiere una mejor experiencia para el usuario, cumpliendo así con los estándares planteados para la plataforma.

2.5.2 Texturizado

Luego de que los objetos 3D son terminados, pasan al proceso de texturizado que se añade sobre ellos para generar más realismo y definición, mejorando la imagen del modelo.

Es así que el texturizado permite la incorporación de colores, diferentes materiales como metal, vidrio, madera, entre otros e incluso dan más detalles a los objetos mejorando visualmente el modelado, se pueden utilizar herramientas externas que permitan la creación y modificación de imágenes digitales o simplemente se pueden obtener de fotografías de calidad en los cuales solo se extrae la textura (Vega, 2017).

Gracias al texturizado es difícil diferenciar entre los objetos 3D y los reales, existen procedimientos de texturizado que se llevan a cabo mediante sombreados, mapas UV y materiales.

2.5.3 Mapeado UV

Ahora bien, el mapeado UV es utilizado para añadir texturas a partir de imágenes a los modelos 3D, es una técnica aplicada para los modelos de formas arbitrarias y complejas como modelos orgánicos.

Usar el mapeado UV, es ventajoso pues se ajusta perfectamente a los modelos, el procedimiento es el de abrir la malla del modelo realizando cortes, así la malla se puede visualizar en 2D, a esta nueva imagen se le conoce como mapa de la malla, la nueva imagen es exportada a cualquier software de edición de imágenes como Gimp, Photoshop, incluso Paint, con el objetivo de pintar la textura siguiendo el mapa UV, así la imagen después del proceso de colorear se ajusta al modelo 3D, todo este proceso de pintar la textura necesariamente se realiza de manera manual porque podemos tener un control total de cada pixel de la imagen (Vega, 2017).

El mapa UV se traduce a la forma de asignar la parte de una imagen a un polígono en el modelo, existe una correspondencia entre cada vértice del modelo cada coordenada 2D de la imagen textura.

2.6 Herramientas de modelado e Interface gráfica

2.6.1. Modelado 3D

También conocido como 3D MODELING, describe el proceso de crear objetos tridimensionales virtuales usando tecnología de cómputo. Es comparable a esculpir modelos de yeso con martillo y el cincel, pero en este proceso se usa la computadora con el mouse y el teclado, a través de los programas de cómputo 3D que manejan superficies y sólidos (CPM, 2018), entre los más conocidos se encuentran:

 Cinema 4D: es un programa para crear animación 3D, contiene un motor de modelado 3D para generación de geometría, asignación de texturas y materiales, rendering, iluminación, animación, pintado en cuerpos (3D body painting) y produce imágenes foto realistas de gran impacto (Platzi, 2019).

 Blender: es un software destinado, en primera instancia, al modelado 3D de objetos para después hacer representaciones de ese modelado. Incorpora la posibilidad de dar texturas y materiales e iluminar la escena; incluye las tecnologías más utilizadas en el diseño 3D: mallas, textos, meta-objetos, curvas, superficies y modelado escultórico (Platzi, 2019).  Maya: es el programa favorito de la mayoría de artistas de este campo, la cantidad de detalles que se pueden lograr en Maya es impresionante, su software de modelado 3D es ideal para texturizar y modelar con detalle, es una de las aplicaciones para crear contenido digital 3D que más usan los profesionales del área, con ella se pueden hacer modelos, animación, efectos visuales, juegos y simulaciones, en cuanto al modelado 3D, Maya permite crear esculturas de polígonos, B-splines racionales no uniformes y subdivisión de superficies (Spartan Geek, 2017).

Tabla 3.Cuadro comparativo de herramientas de modelado

Herramienta Cinema 4D Blender Maya Aplicación modelado 3D, modelado 3D, modelado 3D, animación, motion animación, animación, simulación, graphics, texturizado, texturizado, texturizado, creación renderizado renderizado, videojuegos, dinámica y creación efectos, generación de videojuegos. imágenes y renderizado 3D, películas animadas en 3D Pagado, pero ofrece Pagado, pero ofrece pruebas gratuitas. Gratuito pruebas gratuitas para Precio estudiantes. Código No posee código Código abierto No posee código abierto Fuente abierto

Curva de Medio-Bajo Una curva de Media aprendizaje aprendizaje duro al principio

Media-Alta Interface de Amigable, intuitiva No es intuitiva No es intuitiva Usuario Requisitos Procesador Intel Core Procesador 64-bit Procesador Intel Core del Sistema de 64 bits, 8 GB de quad core CPU, 8 de 64 bits o AMD multi- RAM, Tarjeta Gráfica GB de RAM. core, 8 GB o más que con soporte OpenGL, Tarjeta gráfica RAM, 4 GB de espacio 75 MB de espacio en compatible con libre en disco para disco para la OpenGL, 200 MB instalar el sistema. instalación. de espacio en disco para instalar el sistema. Plataformas Windows, Mac OS. Es compatible con Windows, Mac OS y Linux, Windows, Linux. Mac OS Fuente: Elaboración propia

Con todas estas especificaciones dentro del proyecto se utilizó el software cinema 4D debido a que se puede trabajar de forma rápida, su interfaz es fácil de configurar y todas sus herramientas de modelado son excelentes para la configuración de objetos, además soporta varios documentos y no se vuelve pesado.

2.6.2 Interface de Usuario y Texturización de Modelados

La interfaz permite al usuario una configuración personalizada de las diferentes vistas en cada una de sus ventanas, para la elaboración de interface de usuario y texturización de modelados se utiliza software especializado en el tratamiento de imágenes entre ellas se encuentran:

 Adobe Illustrator; es un programa informático, un editor de gráficos vectoriales y, por tanto, sirve para la edición y modificación de esta clase de imágenes. Son archivos digitales donde los diferentes elementos están formados por objetos geométricos, dependientes entre sí, con atributos matemáticos de acuerdo a su posición, a su forma o a su color, es

sumamente útil a la hora de desarrollar cualquier clase de documento gráfico que requiera múltiples modificaciones (Guzmán, 2017). Podría crearse la imagen corporativa de una empresa, con su logo y diferentes elementos, y esos mismos archivos originales podrían emplearse para la impresión sobre una tarjeta al mismo tiempo que sobre la fachada de un rascacielos (Guzmán, 2017).  Adobe Photoshop: es el nombre de una más que conocida herramienta de edición de imágenes y fotografía, un programa que se utiliza en PC para retocar fotos y hacer montajes de carácter profesional, aunque también accesible para usuarios que llevan poco tiempo experimentando en ese terreno (Neoattack, 2018). “Photoshop sirve para crear cualquier imagen que se pueda imaginar. Al ser un programa de edición fotográfica, trabaja con mapas de bits y cualquier formato de imagen, permitiendo hacer montajes, manipular, modificar, editar y retocar cuanto se desee a través de todas las herramientas de las que dispone” (Neoattack, 2018).

Tabla 4.Cuadro comparativo de herramientas de interface de Usuario y Texturización de Modelados

Herramienta Ventajas Limitaciones Adobe Las imágenes no pierden calidad al ser Los gráficos vectoriales en general no Illusrator escaladas. son aptos para codificar fotografías o Los objetos definidos por vectores pueden ser vídeos tomados en el mundo real. guardados y modificados en el futuro. Por más que se construya una imagen Algunos formatos permiten animación. con gráficos vectoriales su visualización en última instancia tiene que ser traducida a píxeles.

Adobe Efectos y resultados de nivel tan alto que Es más pesado para el pc Photoshop con ningún otro programa se logrará alcanzar Este programa es más caro Este programa es complejo, fácil de utilizar y Hay mejores programas con calidad y permite tener resultados muy buenos e menos caros inmediatos. Hay copias ilegales y es muy fácil piratearlo

Permite una mejor calidad de gráficos y hay mejores aplicaciones. Este programa permite manejar más fácilmente sus herramientas si queremos hacer trabajos en 3D, podemos hacerlo en photoshop sc5 Fuente: Elaboración propia

2.7 Herramientas de comunicación Software-Hardware (bicicleta)

Son aquellas que utilizan las tecnologías de la información como medio para desarrollar capacidades de interacción y comunicación entre el hardware y software, es decir, mientras uno brinda todo el soporte físico, el otro se ocupa del lenguaje de la máquina y de proporcionar las instrucciones necesarias para que las tareas sean cumplidas de manera eficiente en conjunto, a continuación, se presentan algunos ejemplos:

 Arduino: Es una plataforma de desarrollo basada en una placa electrónica de hardware libre que incorpora un microcontrolador re-programable y una serie de pines hembra, los que permiten establecer conexiones entre el microcontrolador y los diferentes sensores y actuadores de una manera muy sencilla (Arduino, 2018). Arduino es libre y extensible: esto quiere decir que cualquiera que desee ampliar y mejorar el diseño hardware de las placas como el entorno de desarrollo, puede hacerlo sin problemas. Esto permite que exista un rico ecosistema de placas electrónicas no oficiales para distintos propósitos y de librerías de software de tercero, que pueden adaptarse mejor a nuestras necesidades (Arduino, 2018).  Orange Pi: Es una computadora de una sola placa de código abierto se puede ejecutar Android, Ubuntu, Debian, así como las imágenes de Ras Berry Pi y Banana Pi, utiliza los microprocesadores AllWinner H2, H3 y H5 SoC, A64 Quad-core Cortex-A53 64bit o ARM Cortex-A5 32bit, entre otros, y tienen desde 256MB las placas más pequeñas hasta 2 GB DDR3 SDRAM de RAM pudiendo tener según el modelo Ethernet, Blu (Orange Pi, 2017). Con este tipo de placas, se puede ensamblar un ordenador, un centro multimedia, un sistema de vigilancia, un servidor de impresoras inalámbrico, un marco de fotos digital,

un fotomatón ultra portátil para fiestas y eventos, un servidor de archivos, juegos, instalar Android, instalar Linux y mucho más (Orange Pi, 2017).  Ras Berry Pi: Es la nueva versión de la mini placa de computación más popular, es una excelente herramienta en entornos educativos, un ''juguete'' para enseñar a programar, se puede usar para desarrollar proyectos de IA y robótica, para crear tablets y portátiles, e incluso hasta como consola de videojuegos; además, claro está, como ordenador de sobremesa (Alcolea, 2019). A esto se suma que tiene configuraciones de más memoria RAM y, además, más veloz, por lo que la GPU puede utilizar una memoria RAM mejor, con más ancho de banda, para realizar sus tareas (se trata de RAM compartida) (Alcolea, 2019).

2.7.1 Orange Pi vs Raspberry Pi

Dentro de la línea de estudio para el proyecto, es necesaria la caracterización junto con una diferenciación de las herramientas Orange y Raspberry Pi, tomando en cuenta esto, se notan las siguientes diferencias (Educba, 2020):

 En referencia a la configuración y el proceso de ejecución, Raspberry Pi es más fácil de configurar y funcionar.  Raspberry fue el primero en su categoría, tiene numerosas aplicaciones disponibles para su diseño e información de circuito, proporciona información y guías de operación rápidas al usuario, mientras que Orange Pi todavía tiene algunas aplicaciones en línea, pero estas no son suficientes para las crecientes necesidades de sus usuarios.  Raspberry posee más de 19 millones de productos que se envían a todo el mundo, mientras que Orange Pi no tiene esos datos disponibles.  Orange Pi tiene una categoría de placa ancha (personalizada) que brinda una mejor oportunidad para que los usuarios cumplan con los requisitos de su proyecto, Raspberry Pi no ofrece esta funcionalidad.

Estas son las pocas características que los diferencian pues relativamente son herramientas sumamente similares, que se usan en especial en proyectos a gran escala y con más complejidad. Ambos son minicomputadoras de código abierto de una sola placa, lo que significa que cada componente de computadora se construye en un solo chip o placa de circuito basadas en la

30 arquitectura ARM (también conocida como Advanced RISC Machine) esta consume baja energía, produce un alto rendimiento para múltiples tareas, bajo costo y tamaño relativamente bajo.

2.7.2 Raspberry Pi y Orange Pi vs Arduino

Ahora bien, con todo lo mencionado y por la gran similitud que se evidencia entre las herramientas (Rraspberry Pi y Orange Pi), es pertinente una comparación entre ambas con Arduino.

Arduino y Raspberry Pi son dos herramientas totalmente diferentes, por lo que resulta un poco difícil hacer una comparación entre ambos, son dos productos con diferentes finalidades, aunque por su versatilidad son utilizados para crear todo tipo de proyectos de electrónica, entonces, resultan las siguientes diferencias (Educba, 2020):

 Una de las principales diferencias está en la filosofía del hardware, el hardware de Arduino es también abierto para que cualquiera pueda crear sus propias versiones de la placa, mientras que la Raspberry Foundation mantiene el control sobre las placas Raspberry Pi, y sólo ellos las crean y fabrican.  Arduino fue diseñado específicamente para que cualquiera pueda crear proyectos con su concepto, gracias a sus entradas tanto analógicas como digitales y lo fácil que resulta activarlas o desactivarlas con su software.  Raspberry Pi desde otro punto fue diseñada como un ordenador en sí, por lo que tiene más potencia de cálculo que las placas Arduino, gracias a la creciente creación de extensiones para añadirle características.  Raspberry Pi cuenta con conectividad WiFi y Ethernet integradas ya en la placa, aunque en Arduino también se puede añadir conectividad Ethernet añadiéndole una placa de expansión.  Respecto al software, Arduino ejecuta inmediatamente la tarea programada al enchufarse, mientras que Raspberry Pi requiere de un sistema operativo completo para poder utilizarla de una u otra manera, por lo que su inicio es un poco más lento.  Al tener un sistema operativo y ser más potente, Raspberry Pi es más adecuada para utilizarse como micrordenador funcional.

Básicamente Arduino es un microprocesador mucho más sencillo de utilizar y que funciona perfecto para acciones multimedia sencillas y medianamente complejos, en general Arduino es menos potente que las minicomputadoras Orange y RaspBerry Pi.

Tabla 5.Cuadro comparativo de herramientas de comunicación software-hardware

Herramienta Arduino Raspberry Pi Orange Pi Definición Microcontrolador Una mini computadora Una computadora (circuitos integrados con su propio sistema de una sola placa de en los que se pueden operativo Raspberry código abierto, grabar instrucciones) capaz de manejar basada en que es solo una parte múltiples programas a Raspberry Pi, pero normal de la la vez. de menor precio computadora. Complejidad Sensores de interfaz Requiere tareas Requiere tareas simple y otros complejas, como la complejas, componentes. instalación de instalación de No es tan complejo bibliotecas y software bibliotecas y para la interfaz del software sensor y la adicionales, similar administración de a Raspberry Pi otros componentes Proyectos Pequeños De gran escala De gran escala Código Fuente Código abierto Código abierto Código abierto Hardware Libre Cerrado Libre Software Libre Libre Libre Multitarea NO SI SI Entorno de Arduino Scratch, IDLE, IDLE, cualquiera desarrollo cualquiera con soporte con soporte Linux, integrado (IDE) Linux Scratch, similar a Raspberry Pi

Lenguajes Hace uso de su El lenguaje C o Python, Java, soportados propio lenguaje recomendado para esta PHP, Xajax y SH Arduino y C o C ++. placa es Python, pero C, C ++ y ruby también están preinstalados OS compatible Microsoft Windows Raspbian, Windows Ubuntu, Debian, GNU/Linux IoT Core, OSMX, Raspbian, macOS Linux, Ubuntu, Armbian, Debian, SARPi y ArchLinux, mucho más Android. Precio Por encima de los 10 Por encima de los 90 $ Por encima de los $ 30 $ Tamaño 7.6 x 1.9 x 6.4 cm 8.6 x 5.4 x 1.7 cm 9.3 x 6 cm Memoria 0.002 MB 512 MB 512 MB RAM 2.5 KB 1GB DDR2 2 GB DDR3 (compartido) Almacenamiento En el equipo Tarjeta SD En el equipo Ethernet / Wi-Fi Requiere la SI SI / Bluetooth integración de hardware externo para establecer la conexión con internet. USB Tiene solo 1 puerto Tiene 4 puertos USB Tiene 4 puertos USB para conectar para establecer una USB para con la computadora conexión con establecer una diferentes conexión con dispositivos. diferentes dispositivos.

Soporte de la Arduino se puede Es bastante difícil Difícil alimentar batería alimentar con una alimentar Raspberry Pi usando una batería, batería fácilmente usando una batería debe ser de buena calidad Documentación Extensa Aceptable Poca debido a su reciente salida al mercado Fuente: Elaboración propia

Es así que, revisando las características de las herramientas expuestas, para el desarrollo del proyecto se concluyó utilizar Arduino, principalmente porque este es sumamente eficaz en proyectos simples, mientras que Orange y RaspbBerry Pi abarcan proyectos más complejos y grandes, es así que, Arduino en comparación con las otras placas facilita el desarrollo de los complementos para la implementación de la plataforma (la conexión con la bicicleta), además, es más simple y barato.

2.8 Motores para el desarrollo de Videojuegos

Entre los motores de desarrollo más destacados en la industria de videojuegos se encuentran:

UNITY 3D: Permite crear videojuegos en 3D o 2D de forma relativamente sencilla en comparación a sus principales competidores.

UNREAL ENGINE: Motor creado por Epic Games, nos ofrece calidad, potencia y alto rendimiento. Destaca el uso de “Blueprints”, que permite programar visualmente sin tener conocimientos en C++.

GODOT: Ofrece un entorno de creación 2D Y 3D totalmente open source mediante el uso de su propio lenguaje “GDScript”, es una alternativa completa y libre de regalías.

CRY ENGINE: Es un motor gráfico extremadamente potente, desarrollado por Crytek e introducido con su primer Far Cry. El motor está diseñado para usarse en juegos de PC y consolas, incluyendo PlayStation 4 y Xbox One.

Tabla 6.Cuadro comparativo de softwares que ofrecen los mismos servicios

Nombre Unity 3D Unreal Engine Godot Cry Engine Lenguaje de C# y Javascript C++ C++, C# y C++, Lua, Programación GDScript C# Documentación Inglés, Español, Inglés, Japonés y Inglés Inglés, Japonés y Coreano Chino Español Curva de Baja/Media Media/Alta Baja /Media Alta Aprendizaje Precio Gratis si los Gratis, pero si las Gratis y de Con ingresos son ganancias código abierto suscripción inferiores a $ 100 superan los $3 $1000 anual mil en los últimos mil debes pagar 12 meses. un 5% en regalías cada trimestre que se gane esta cantidad. Plataformas Windows, Mac Windows, Mac Windows, GNU/Linux, Soportadas OS, IOS, PLAY, OS, IOS, PLAY, Mac OS, Sandbox, Facebook, Apple. Facebook, Linux, IOS, Windows Apple. PLAY, Vista SP1, Facebook, Windows 7 Apple. or Windows 8.1 Recursos Asset Store Marketplace No tiene No tiene Adicionales Fuente: Elaboración propia

Dadas las características presentadas en la tabla 3 se decidió utilizar el motor de física de Unity 3D tomando en cuenta que el Editor presenta herramientas múltiples que permiten una edición e iteración rápidas en los ciclos de desarrollo, lo que incluye el modo Play para tener vistas previas rápidas de tu trabajo en tiempo real. Disponible en Windows, Mac y Linux, además incluye una variedad de herramientas ideales para los artistas que les permite diseñar experiencias y mundos

35 de juegos envolventes, así como un conjunto robusto de herramientas para desarrolladores destinadas a implementar la lógica del juego y un juego de alto rendimiento (UNITY, 2019).

Unity 3D apoya tanto el desarrollo de la tecnología 2D como el de la 3D con prestaciones y funcionalidades para tus necesidades específicas en los diversos géneros. Unity incluye un sistema de navegación que permite crear NPC que pueden moverse con inteligencia por el mundo del juego, usa mallas de navegación que se crean automáticamente a partir de la geometría de la escena, o incluso obstáculos dinámicos, para alterar la navegación de los personajes en el tiempo de ejecución (UNITY, 2019).

Los Prefabs de Unity, que son Game Objects pre configurados, proporcionan flujos de trabajo eficientes y flexibles que te permiten trabajar con confianza sin la preocupación de cometer errores que consumen mucho tiempo y los motores de física, tecnología basada en datos para un juego muy realista de alto rendimiento (UNITY, 2019).

Unity’s NavMesh

NavMesh componentes de construcción proporciona controles adicionales para construir y usar NavMesh en tiempo de ejecución y en el Editor de Unity. Los componentes de construcción NavMesh de alto nivel que se enumeran a continuación no se suministran con el instalador estándar de Unity Editor que se descarga de la tienda de Unity, hay cuatro componentes de alto nivel para usar con NavMesh (UNITY, 2019):

Superficie NavMesh: se utiliza para construir y habilitar una superficie NavMesh para un tipo de agente.

Modificador NavMesh: se utiliza para afectar la generación NavMesh de los tipos de área NavMesh en función de la jerarquía de transformación.

NavMesh Modifier Volumen: se utiliza para afectar la generación NavMesh de los tipos de área NavMesh en función del volumen.

NavMeshLink: se utiliza para conectar las mismas o diferentes superficies NavMesh para un tipo de agente.

2.9 Herramientas de simulación para VR

Para mejorar la experiencia del usuario dentro del simulador se utiliza una visión de realidad virtual que permite adentrarse y volverse parte del escenario del simulador, para esto existen herramientas que logran ensamblar un casco para la PC a través del dispositivo móvil, entre ellas se encuentra Trinus Virtual Reality (Trinus VR) y VRidge ambas poseen una versión gratuita que ofrece un tiempo de juego de 10 minutos por sesión.

 VRidge: Permite emular la tecnología de realidad virtual a videojuegos de PC visualizarlos en las gafas de Google Cardboard, la PC hace de servidor transmitiendo la señal de video del juego al dispositivo móvil Android con la app VRidge instalada, que con su giroscopio controlará la cámara, siempre y cuando estén conectados a la misma red WiFi, soporta una amplia variedad de cascos de realidad virtual: HTC Vive Focus, Oculus Quest, Oculus Go, Samsung Gear VR, y Google Daydream View (RIFTCAT, 2015).  Trinus Virtual Reality (Trinus VR): Es un servicio que ofrece la posibilidad de utilizar el smartphone Android a modo de gafas de realidad virtual en videojuegos de PC gracias al giroscopio integrado en este tipo de dispositivos, brindando una experiencia fluida y de alta resolución, Trinus VR no es solo para SteamVR, sino que también convierte juegos que no sean de realidad virtual en una experiencia inmersiva, el modo inalámbrico le permite girar en 360° completo y además admite dos controladores 3dof (Rosso, 2017).

Tabla 7.Cuadro comparativo de herramientas para la simulación VR

Herramienta Ventajas Limitaciones VRidge Hace accesible una amplia gama de juegos VR. Consume la batería muy Compatible con Oculus Rift y SteamVR rápidamente Requiere una configuración básica Admite configuraciones simples y no suficientes Software pagado Trinus VR Control total sobre el ajuste de las lentes, calidad Instalación y de imagen, velocidad de bits. configuraciones complejas Libertad de configuración. Software pagado

La conversión es extremadamente rápida y funciona incluso si la PC no está preparada para VR. Ofrece la posibilidad de conectar a través de wifi directa, aunque esto puede no ser soportado por todos los pcs.

Fuente: Elaboración propia

Es así que para la simulación de realidad virtual se decidió utilizar aquella que permita realizar una configuración de vista completa y acceder a juegos que no se encuentren en Steam VR y adicionalmente permitan una visualización amplia del movimiento de cabeza detectado, en este caso Trinus Virtual Reality.

Capítulo 3. Marco Metodológico y Desarrollo

3. Metodología y Desarrollo

Dentro de este apartado se explica lo qué es una metodología de desarrollo y los tipos que existen de las mismas, puntuando en la que se escogió para el desarrollo del proyecto ahondando en las fases que este usa y sobre todo en el desarrollo iterativo e incremental, finalmente se desglosa el desarrollo del proyecto en sí con todas sus implicaciones e implementaciones.

3.1. Metodologías de Software

Desarrollar software implica muchas cosas, desde su planificación hasta la puesta en marcha, para esto se debe seguir un sinnúmero de fases, actualmente existen una variedad de metodologías para hacerlo, sin embargo, es necesario definir primero la naturaleza del software antes de elegir un determinado ciclo de vida. Entre las metodologías de desarrollo de software se encuentran:

 Desarrollo rápido de aplicaciones (RAD): El desarrollo rápido de aplicaciones o RAD es un proceso de desarrollo de software, comprende el desarrollo interactivo, la construcción de prototipos y el uso de utilidades CASE (Computer Aided Software Engineering), el proceso engloba también la usabilidad, utilidad y la rapidez de ejecución. Consta de 5 fases: Modelado de gestión, Modelado de datos, Modelado de proceso, Generación de aplicaciones y Pruebas de entrega (Castro, 2017).  Scrum: Scrum es un proceso en el que se aplican de manera regular un conjunto de buenas prácticas para trabajar colaborativamente, en equipo, y obtener el mejor resultado posible de un proyecto. Estas prácticas se apoyan unas a otras y su selección tiene origen en un estudio de la manera de trabajar de equipos altamente productivos. Consta de 3 fases: Planificación de Iteración, Ejecución de Iteración e Inspección y adaptación (Valle, 2020).  Extreme Programming (XP): Este modelo es capaz de adaptarse a los cambios de requisitos en cualquier punto de la vida del proyecto es una aproximación mejor y más realista que intentar definir todos los requisitos al comienzo del proyecto e invertir esfuerzos después en controlar los cambios en los requisitos (Uñoja, 2015).

 Proceso Unificado de Rational (RUP): Es un proceso formal que provee un acercamiento disciplinado para asignar tareas y responsabilidades dentro de una organización de desarrollo. Tiene 4 fases básicas: concepción, elaboración, construcción, transición (Uñoja, 2015): o Ventajas . Evaluación en cada fase que permite cambios de objetivos . Funciona bien en proyectos de innovación. . Es sencillo, ya que sigue los pasos intuitivos necesarios a la hora de desarrollar el software. . Seguimiento detallado en cada una de las fases. o Desventajas . La evaluación de riesgos es compleja . Excesiva flexibilidad para algunos proyectos . Estamos poniendo a nuestro cliente en una situación que puede ser muy incómoda para él.

Cabe destacar que para el proyecto se usó la metodología RUP debido a la eficacia que representa para la elaboración del prototipo o producto, pues al tener 4 fases establecidas y bien desarrolladas que generan un correcto y acertado cumplimiento de los objetivos de los proyectos, la misma se detalla en el apartado siguiente.

3.2 Metodología RUP (Rational Unified Process)

Es una metodología de desarrollo de software orientado al establecimiento de bases, plantillas, y ejemplos para todos los aspectos y fases de desarrollo del software, son herramientas que combinan los aspectos del proceso de desarrollo (como fases definidas, técnicas, y prácticas) con otros componentes de desarrollo (como documentos, modelos, manuales, código fuente, etc.) dentro de un framework unificado (Fernández C. , 2015).

Tiene tres características esenciales: está dirigido por los casos de uso, está centrado en la arquitectura y es iterativo e incremental, es así focalizando la atención en la última característica que será la base dentro del desarrollo de la metodología, el RUP propone tener un proceso iterativo e incremental en donde el trabajo se divide en partes más pequeñas o mini proyectos, permitiendo generar un equilibrio entre casos de uso y arquitectura, cada uno de estos mini proyectos se pueden

40 ver como una iteración, es decir, un recorrido más o menos completo a lo largo de todos los flujos de trabajo fundamentales del cual se obtiene un incremento que produce un crecimiento en el producto (Fernández C. , 2015).

El principal objetivo para esta metodología es reducir el tiempo de desarrollo, dividiendo el proyecto en intervalos incrementales caracterizadas por la generación de versiones sucesivas hasta llegar a completar el sistema (Tinoco, Rosales, & Salas, 2010).

En cada interacción, se hacen modificaciones del diseño y se añaden nuevas capacidades, es decir las iteraciones se pueden constituir mediante la unión de mini proyectos que se realizan en cada una de las iteraciones para proporcionar un resultado completo sobre el producto final, En cada iteración, se hacen modificaciones del diseño y se añaden nuevas capacidades. De tal forma que el cliente pueda obtener una idea de la versión final de forma incremental (Sabadí, 2017).

El producto se crea a partir de los resultados obtenidos en las interacciones anteriores, añadiendo mejoras sobre las versiones que ya fueron finalizados, tomando en cuenta que un aspecto fundamental para guiar el desarrollo iterativo e incremental es la priorización de los objetivos y requisitos en función del valor que aportan al client.

Figura 1. Iteración de RUP

Fuente: Elaboración propia

RUP establece cuatro fases de desarrollo cada una de las cuales está organizada en varias iteraciones separadas que deben satisfacer criterios definidos antes de emprender la próxima fase, dentro de cada fase se realizan un número de iteraciones determinado por la variable según el proyecto, de esta manera se detallan (Fernández C. , 2015):

 Fase de Inicio y Elaboración: Se enfocan hacia la comprensión del problema y la tecnología, la delimitación del ámbito del proyecto, la eliminación de los riesgos críticos, y al establecimiento de una “baseline” de la arquitectura. Durante la fase de inicio las iteraciones hacen mayor énfasis en actividades modelado del negocio y de requisitos.  Fase de Elaboración: Las iteraciones se orientan al desarrollo de la “baseline” de la arquitectura, abarcan más los flujos de trabajo de requerimientos, modelo de negocios, análisis, diseño y una parte de implementación.  Fase de Construcción: Se lleva a cabo la construcción del producto por medio de una serie de iteraciones, para cada una de estas se selecciona algunos Casos de Uso, se refina su análisis y diseño, se procede a su implementación y pruebas. Se realiza una pequeña cascada para cada ciclo. Se realizan tantas iteraciones hasta que se termine la implementación de la nueva versión del producto.  Fase de Transición: Se pretende garantizar que el producto está preparado para su entrega a la comunidad de usuarios.

Cada fase se concluye con un hito bien definido, un punto en el tiempo en el cual se deben tomar ciertas decisiones críticas y alcanzar las metas clave antes de pasar a la siguiente fase, ese hito principal de cada fase se compone de hitos menores que podrían ser los criterios aplicables a cada iteración.

Los hitos para cada una de las fases son: Inicio - Objetivos, Elaboración - Arquitectura, Construcción - Initial Operational Capability, Transición - Product Release. La duración y esfuerzo dedicado en cada fase es variable dependiendo de las características del proyecto.

Dentro del contexto general, el proceso de esta metodología se resume en:

 El paso de alcance crea una versión base del sistema.  La iteración implica el rediseño y la implementación de una tarea de la lista de control del proyecto, y el análisis de la versión actual del sistema.  La lista de control se revisa constantemente como resultado de la fase de análisis.

Entre uno de los beneficios que aportan este tipo de metodología, se encuentra el hecho de que, se puede gestionar las expectativas del cliente de forma regular ya que es posible realizar una toma de decisiones en cada iteración en la que se define si se necesitan cambios o mejoras según las necesidades del cliente.

3.3 Desarrollo

A continuación, se detalla el proceso de desarrollo para el software “Entrenador Virtual Urbano para la educación vial de ciclistas” basados en la metodología RUP (Rational Unified Proecess) con. el proceso de desarrollo incremental e interactivo.

3.3.1 Planificación

La planificación hace comprender cuánto se puede tardar un proyecto, algunos imprevistos que pueden surgir y cómo solucionarlos. Pero, sobre todo, el mayor beneficio es la ordenación de acciones que genera.

La planificación del proyecto para la implementación de un entrenador virtual urbano para la educación vial de ciclistas, se desarrolló en torno a la investigación y diseño del mismo, desde la recolección de datos hasta todas las correcciones como se detalla en la figura Nº2, que sean necesarias para que el simulador corra de manera eficaz. Tomando en cuenta que el eje del proyecto es la planificación urbana, el diseño de la interface y usuario de la plataforma se consideran los instrumentos que se utilizan, ya sean equipos o normas para generar una acción en una urbanización o creación de la misma.

En este proyecto se realizó la siguiente planificación para el desarrollo y elaboración del software:

Figura 2. Esquema de planificación del Software

Fuente: Elaboración propia

3.3.2 Diseño

En esta etapa se realiza el diseño de aspectos importantes que servirán de ayuda para la elaboración del software dentro del ambiente virtual 3D, para ello se realizó el diseño de:

 Sistema de circulación vial que servirá como recorrido del ciclista a lo largo de la experiencia.  Escenas e interface de usuario que servirán de guía para el uso del software.

3.3.2.1 Sistema de Circulación vial

Se diseñó un esquema que sirve como referencia para la movilidad del ciclista y agentes externos (automóviles, personas), el cual consta de:

 6 manzanas  2 intersecciones tipo + o intersección en desnivel cruz.  6 intersecciones tipo T o tradicional recta.  Cruce peatonal

Todas las calles del sistema son de doble vía y poseen señalización peatonal, vehicular y para ciclistas (ciclo vía).

Figura 3. Plano general de calles e intersecciones

Fuente: Elaboración propia

3.3.2.2 Escenas

Las escenas son pantallas creadas para facilitar la navegación dentro del simulador y el uso del mismo, contienen entornos y menús, pensando en cada archivo de escena como un nivel único. A continuación, se presenta un esquema de navegación de acuerdo a las escenas creadas en el software Unity 3D.

Figura 4. Esquema de navegación entre escenas

Fuente: Elaboración propia

3.3.2.3 Interface de usuario (UI)

Generalmente la interface de usuario (UI) se relaciona mucho más con las áreas de la informática y el diseño web, ya que hace referencia al contacto e interacción que el usuario crea a través de un celular o una computadora. La principal característica para que funcione correctamente, no es centrarse solamente en hacer una app o un software llamativo, sino en crear un diseño que realmente sea utilizable y amigable, en sí, el objetivo principal de la interface de usuario (UI) es mejorar la interacción usuario/dispositivo en cualquier sitio web, celular o aparato en general.

Figura 5. Interface de usuario

Fuente: Elaboración propia

Tomando en cuenta que la interface de usuario es manipulada por un usuario colaborador y visto por un usuario principal como muestra la figura 4 se diseñó una interface para que el usuario colaborador y el principal comprendan las instrucciones de manipulación de forma clara y concisa, con una navegación fácil que se comprende de manera clara.

3.3.2.3.1 Diseño y diagramación de interface

Para el diseño de la interface gráfica se utilizó la paleta de colores que se muestra en la figura 6, utilizando en su mayor parte los colores azules que proporcionen una sensación de tranquilidad al usuario, adicionalmente se usan dos tonos de verde que alertan al usuario sobre la forma de visualizar las distintas tonalidades de azul, denotando un cambio, en este caso se utilizó para el estado “presionado” de la botonera.

Figura 6. Paleta de colores Interface Gráfica

Fuente: Elaboración propia

La interface gráfica es de gran importancia para el usuario, pues funciona como conector directo del usuario y el simulador, es por ello que se elaboraron distintas pantallas que proporcionen la ayuda necesaria al usuario, en cuanto al manejo del simulador. A continuación, se presenta el diseño de interface que contiene cada una de las pantallas:

Pantalla de inicio

La pantalla de inicio permite visualizar el panorama general de la plataforma, la misma consta de 4 botones:

 Iniciar: da paso a la pantalla de configuración para definir parámetros específicos del recorrido  Ayuda: muestra pantallas de ayuda al usuario  Créditos: muestra la pantalla de créditos  Salir: permite salir de la aplicación

Figura 7. Pantalla de inicio de la plataforma

Fuente: Elaboración propia

Pantallas de ayuda

La pantalla de ayuda sirve de guía para el usuario, aquí se muestran algunas de las leyes de tránsito vehicular que los ciclistas deben tomar en cuenta a la hora de realizar el recorrido y al realizar la configuración de conexión con la bicicleta, se añadieron 6 pantallas de ayuda con dos botones siguientes y regresar, para esta implementación se utilizaron los concejos dados por la página oficial de “BiciQuito” (los ítem usados fueron 2,3,5,6,7,9,11,12,13 específicamente) (BiciQuito, 2019).

 Botón regresar: redirige a la pantalla de ayuda anterior, o a la página de inicio si es el caso.  Botón siguiente: muestra la pantalla de ayuda posterior o redirige a la pantalla de inicio de ser el caso.

Figura 8. Pantallas de ayuda del software

Fuente: Elaboración propia

Pantalla de créditos

En la pantalla de créditos se muestran los datos informativos correspondientes a las personas que realizaron o formaron parte de este proyecto,consta de un solo botón:

 Botón regresar: redirige a la pantalla de inicio

Figura 9. Pantalla de créditos de la plataforma

Fuente: Elaboración propia

Pantalla de Configuración

La pantalla de configuraciones, permite regular la plataforma para que el software recepte las señales enviadas por la bicicleta, definir el tiempo de recorrido y el momento del día en la que desea realizar.

Se tienen 2 paneles tipo Input Field, un desplegable y dos botones:

 Panel puerto: permite identificar el puerto de conexión del Arduino con la computadora, permite máximo 6 caracteres alfanuméricos ya sea mayúsculas o minúsculas, el usuario debe especificar el puerto de conexión establecido por la computadora al conectar el Arduino, ejemplo: COM6. Puerto: es la interface que permite enviar y recibir señales a nivel de hardware o software. Este puerto puede visualizarse en el administrador de dispositivos del computador en la sección Puertos (COM y LTP).

Figura 10. Identificación del puerto Arduino

Fuente: Elaboración propia

 Panel tiempo: permite delimitar el tiempo de recorrido del usuario dentro de la mini ciudad planteada en el software, el tiempo por defecto es de 1 minuto.

Y dentro de los botones tenemos:

 Botón Regresar: regresa a la escena de Inicio  Botón Iniciar: da paso a las pantallas de preparación para realizar el recorrido.

Figura 11. Pantalla de configuración de la plataforma

Fuente: Elaboración propia

 Desplegable (Mañana/Noche): permite elegir el momento del día en el que se desea realizar el recorrido.

Figura 12. Desplegable mañana/noche

Fuente: Elaboración propia

 Condiciones

Si el panel puerto permanece vacío, arroja una ventana de advertencia.

Figura 13. Pantalla de advertencia puerto vacío

Fuente: Elaboración propia

Si el texto no corresponde al puerto de conexión del Arduino, arroja una ventana de advertencia.

Figura 14. Pantalla de advertencia puerto incorrecto

Fuente: Elaboración propia

Pantallas de preparación

Estas pantallas poseen animaciones creadas en el software Unity3D en la que se muestran instrucciones importantes previas al recorrido, poseen 2 botones.

 Botón regresar: muestra la pantalla preparación anterior o la pantalla de configuración de ser el caso.

 Botón siguiente: muestra la pantalla de preparación posterior o da inicio a la escena (Entrenador Virtual) en la que el usuario realiza el recorrido.

Figura 15. Ejemplos pantallas de preparación

Fuente: Elaboración propia

Pantalla entrenador virtual

Se muestra la escena del recorrido con las siguientes características:

 Texto tiempo: muestra el tiempo que posee el usuario para realizar el recorrido  Botón finalizar: permite terminar la escena y pasa a la pantalla de infracciones

Figura 16. Pantalla entrenador virtual en el día y la noche

Fuente: Elaboración propia

Imágenes señales de giro:

 Imagen giro izquierda: muestra la señal que debe realizar el usuario con su brazo izquierdo para realizar el giro hacia la izquierda, posee una animación que le enseña al usuario el movimiento que debe realizar.

Figura 17. Señal para el giro a la izquierda

Fuente: Elaboración propia

 Imagen giro derecha: muestra la señal que debe realizar el usuario con su brazo izquierdo para realizar el giro hacia la derecha, posee una animación que le enseña al usuario el movimiento que debe realizar.

Figura 18. Señal para el giro a la derecha

Fuente: Elaboración propia

Paneles de aviso o advertencia:

 Panel de aviso “cuidado, semáforo en rojo”: alerta al usuario que esta por pasarse un semáforo en rojo.

Figura 19. Panel de aviso de semáforo en rojo

Fuente: Elaboración propia

 Panel de aviso “respeta la señalética peatonal”: alerta al usuario que está detenido sobre la señalética peatonal.

Figura 20. Panel de aviso respeta la señalética peatonal

Fuente: Elaboración propia

 Panel de aviso “cuidado con los peatones: alerta al usuario para que tenga cuidado con los peatones que están en el camino.

Figura 21. Panel de aviso cuidado con los peatones

Fuente: Elaboración propia

Pantalla infracciones

La pantalla de infracciones, indica las infracciones cometidas por el usuario en el recorrido y un mensaje de acuerdo al resultado:

 Con cero infracciones, lanza el texto: “Buen Trabajo”  Con una infracción o más, lanza el texto: “Presta atención a la señalética”

Ahora la pantalla también cuenta con dos paneles de visualización y un botón:

 Panel de semáforos en rojo: muestra el número de semáforos en rojo, que el usuario se irrespetó a lo largo de todo el recorrido.  Panel de paso peatonal: muestra las veces que el usuario irrespeto la señalética peatonal a lo largo de todo el recorrido.  Botón finalizar: concluye con el entrenamiento al usuario dando paso a la pantalla de inicio.

Figura 22. Pantalla de infracciones

Fuente: Elaboración propia

3.3.3 Desarrollo e implementación

Luego de bosquejar todos los planos, conceptualizar cada factor y dar un diseño tentativo, es decir, compactar todas las ideas planteadas en apartados anteriores se procede a desarrollar las partes implicadas una por una.

3.3.3.1 Elaboración de modelados 3D

Para aumentar el realismo en la escena se elaboraron modelos típicos de una ciudad:

 7 modelos de casas  4 modelos de edificios  Señales de tránsito vehicular y peatonal:  Ciclo vía: esta señal se empleará para notificar a los usuarios la existencia de un carril exclusivo para el tránsito de bicicletas.

Figura 23. Señal de tránsito “ciclo vía”

Fuente: Elaboración propia

 Pare: significa, “detenerse”, “alto” o “stop”, en inglés. Es una señal reglamentaria que indica en las intersecciones la obligación de detenerse antes de continuar la marcha.

Figura 24. Señal de tránsito “Pare”

Fuente: Elaboración propia

 Doble vía: esta señal se empleará en una vía unidireccional para notificar a los conductores que el tramo posterior a la señal es bidireccional, sin separador central.

Figura 25. Señal de tránsito “Doble vía”

Fuente: Elaboración propia

 Semáforo: el semáforo es la tercera señal con mayor prioridad, son señales luminosas que indican quién tiene preferencia en el paso.

Figura 26. Señal de tránsito “Semáforo”

Fuente: Elaboración propia

Señalética peatonal

Es el camino reservado para peatones, obliga a los peatones a caminar por el paso cebra con la prohibición de uso para los demás usuarios de la vía.

Figura 27. Señalética peatonal

Fuente: Elaboración propia

3.3.3.2 Modelado 3D

Es el proceso de desarrollo de una representación matemática de cualquier objeto tridimensional animado o vivo, a través, de un software especializado, también conocido como “3D MODELING”, que describe el proceso de crear objetos tridimensionales virtuales usando tecnología de cómputo. Es comparable a esculpir modelos de yeso con martillo y el cincel, pero en este proceso se usa la computadora con el mouse y el teclado, a través de los programas de cómputo 3D que manejan superficies y sólidos. (Key, 2019)

“El modelado 3D consiste en la construcción, a partir de las líneas de un plano técnico o un boceto, de un modelo o prototipo de representación tridimensional en los ejes X, Y Z” (Hernes, 2018).

Figura 28. Figura realizada en Modelado 3D

Fuente: Elaboración propia

3.3.3.3 Texturizado

Una vez concluida la etapa de modelado se procede a realizar un mapeado UV del modelo a través de la técnica conocida como "despliegue", debido a que todo ocurre como si la malla fuera desenvuelta o desplegada sobre un plano 2D (ALEGSA, 2014).

El mapeado UV es una forma de mapear texturas de tipo imagen sobre modelos tridimensionales, es empleado para que modelos complejos en 3D tengan una textura, estas imágenes que se mapean pueden ser fotografías o incluso dibujos o pinturas digitales creadas con GIMP, Photoshop o similares.

La fase de texturizado es tan importante como la de modelado, sobre todo si lo que se busca es realismo. El texturizado no sólo permite añadir color al modelo, sino que también permite simular diferentes materiales (metal, madera, etc.) y dar mayor detalle a determinadas formas (Fernández M. , 2017).

Figura 29. Mapa UV del Modelado 3D

Fuente: Elaboración propia

Figura 30. Figura implementación de texturas en mapeado UV

Fuente: Elaboración propia

Figura 31. Implementación del material en el modelado 3D

Fuente: Elaboración propia

3.3.3.4 Mapeado normal

El mapeado normal es la aplicación de una técnica 3D que permite dar una iluminación y relieve mucho más detallado a la superficie de un objeto. Es una evolución del mapeado topológico y se aplica principalmente en detalles pequeños como arrugas o poros, o escenas 3D para agilizar los cálculos y reducir por tanto el número de polígonos con los que en un principio contaban los objetos. (Esaca, 2015)

Figura 32. Implementación de malla de normales en modelado 3D

Fuente: Elaboración propia

3.3.4 Integración de elementos en el software Unity 3D

Con todos los modelos listos, diseño de circulación vial y además elementos necesarios en 3D, se procedió a montarlos dentro de un software esquematizado especialmente para la simulación del caso de estudio (Unity 3D). A través de este se utilizaron algoritmos para implementar la movilidad del usuario dentro del ambiente de realidad virtual.

3.3.4.1 Implementación de modelados 3D

En esta etapa se ubicaron los modelados realizados de tal forma que en conjunto permiten que el usuario visualice el escenario como una ciudad real, los modelados fueron exportados en formato (FBX) e importados dentro del software Unity 3D con sus respectivos materiales y texturas.

Figura 33. Integración de modelados en software Unity 3D

Fuente: Elaboración propia

3.3.4.2 Creación de ambiente 3D (Mini-Ciudad)

En relación al diseño del ambiente virtual se añadió un terreno propio de Unity, así como árboles y elementos que permiten que el ambiente se muestre más real y atractivo.

Figura 34. Creación de ambiente 3D

Fuente: Elaboración propia

3.3.4.3 Implementación del Sistema de Tráfico

Una vez creado el ambiente virtual se añadió el sistema de tráfico en el cual se dota de movimiento a vehículos y peatones en el simulador, acompañando al usuario a lo largo de todo el recorrido.

3.3.4.4 Implementación del sistema de tráfico para vehículos y peatones

Para la implementación del sistema de tráfico se utilizó la lógica del proyecto SimpleTraffic, este infiere una implementación sectorizada, para ello se identificaron tramos del sistema de circulación cada uno con objetos que poseen características específicas que contribuyen al correcto funcionamiento al momento de simular el tráfico de una ciudad, clasificados de la siguiente manera (Github, 2018):

 Straight: 17 secciones de recta  Corner: 4 esquinas  TJunction: 6 intersecciones en T  Crosrroad: 2 intersecciones cruz

Tabla 8.Distribución del sistema de circulación y objetos característicos

Objeto Padre Objetos Hijo Objeto Característico Straight 17 objetos  Nav Connections “Road_Straigth”  VehicleSpawns (Secciones de recta)  PedestrianSpawns Corner: 4 objetos “Road_Corner”  Nav Connections (Esquinas)  PedestrianSpawns TJunction 6 objetos  Nav Connections “Road_TJunction”  WaitZones (Intersecciones en T)  Semáforos Crosrroad 2 objetos “Road_  Nav Connections Crosrroad”  WaitZonesSemáforos (Intersecciones en cruz)  Semáforos Fuente: Elaboración propia

Tabla 9. Componentes y propiedades de los tramos “Road_Straigth” y “Road_Corner”

Objeto Compone Propieda Función nte d Road_Straigth Road Vehicle Permite definir el número de lugares en los (Secciones de (Script) Spawns que aparecerán los vehículos, obtiene recta) información de la posición y el conector Road_Corner inicial del tramo (Esquinas) Connectio Permite definir el número de conexiones para ns los vehículos, obtiene información de las conexiones del tramo Pedestrian Obtiene información de las posiciones donde Spawns aparecerán los peatones.

Fuente: Elaboración propia

Figura 35. Componentes y propiedades de los objetos “Road_Straigth” y “Road_Corner”

Fuente: Elaboración propia

Tabla 10. Componentes y propiedades de los objetos “Road_TJunction” y “Road Crosrroad”

Objeto Component Propiedad Función e  Road_TJunct Junction Vehicle Permite definir el número de lugares ion (Script) Spawns en los que aparecerán los vehículos, (Interseccione obtiene información de la posición y s en T) el conector inicial del tramo  Road_ Connection Permite definir el número de Crosrroad s conexiones para los vehículos, (Interseccione obtiene información de las s en cruz) conexiones del tramo Pedestrian Obtiene información de las Spawns posiciones donde aparecerán los peatones. Phases Permite identificar la zona en la que el semáforo debe dar paso o no al vehículo, ciclista (Usuario) y peatón.

Estas zonas se encuentran descritas como:  Positive Zone y Positive ZoneC: contiene información de la zona de paso para vehículos y ciclista (Usuario) en la que los peatones deben detenerse.  Negative Zone y Negative ZoneC: contiene información de la zona en la que los vehículos y ciclista (Usuario) deben detenerse y peatones tienen paso.  Positive Lights: contiene información del semáforo que da paso al vehículo o ciclista (usuario) es decir luz verde.  Negative Lights: contiene información del semáforo que detiene el paso del vehículo o ciclista (usuario) es decir luz roja.

Fuente: Elaboración propia

En la figura Nº 35 se describe la manera y el proceso adecuado de la intención de las señales de tránsito dentro de la plataforma para poder realizar un recorrido eficaz y definido por el script Junction.

Figura 36. Descripción de zonas de paso y pare para vehículos, ciclistas y peatones

Fuente: Elaboración propia

A continuación, se realiza una descripción de los objetos característicos creados en los tramos del sistema de circulación:

 Nav Conection: contiene objetos 3D “Connection” del tipo cubo, que establecen las conexiones de cada tramo y permiten identificar la dirección del recorrido del vehículo. Los objetos “Connection” poseen el tag o referencia de objeto denominado “Road Connection”.

Figura 37. Selección del Tag o referencia para el objeto Connection

Fuente: Elaboración propia

Tabla 11. Componentes de los objetos “Connection”

Componentes Función Box Collider Permite la detección de colisiones sin necesidad de que Propiedad: Is el objeto sufra alguna propiedad física como Trigger consecuencia de la colisión.

Nav Conection Guarda información de las conexiones de los objetos, es (Script) decir en la figura el objeto Connection, se conecta con el objeto Connection2 y Connection1 con Connection3; Connection1 y Connection0 no poseen conexión. Fuente: Elaboración propia

En la figura Nº (37) se evidencia el tipo y cómo se da la conexión de los objetos dentro de la simulación.

Figura 38. Esquema de conexión de los Objetos “Connection”

Fuente: Elaboración propia

Figura 39. Elementos del objeto Nay Conection

Fuente: Elaboración propia

 Vehicle Spawns: contiene objetos vacíos que guardan posiciones en las que aparecen los vehículos de forma aleatoria en las calles del sistema de circulación.

Figura 40. Elementos del objeto Vehicle Spawns

Fuente: Elaboración propia

 Pedestrian Spawns: contiene objetos vacíos que guardan posiciones en las que aparecen los peatones de forma aleatoria en la acera del sistema de circulación.

Figura 41. Elementos del objeto Pedestrian Spawns

Fuente: Elaboración propia

 Wait Zones: contiene objetos 3D del tipo cubo definidos como zonas de espera para vehículos “VehicleWaitZone”, peatones “PedestrianWaitZone” y ciclistas (usuario) “CiclistaWaitZone”, permite identificar si el peatón, vehículo o ciclista (usuario) debe pasar la zona definida o esperar, poseen el tag o referencia de objeto denominado “WaitZoneCiclista” para el objeto CiclistaWaitZone y “WaitZone” para los objetos: “VehicleWaitZone”, “PedestrianWaitZone”.

Figura 42. Selección del Tag o referencia para los objetos “Ciclista Wait Zone”, “Vehicle wait Zone” y “Pedesrian Wait Zone”

Fuente: Elaboración propia

Tabla 12. Componentes de los objetos “CiclistaWaitZone”, “VehicleWaitZone”, “PedestrianWaitZone”.

Objeto Componentes Función CiclistaWaitZone Box Collider Permite la detección de colisiones Propiedad: Is sin necesidad de que el objeto sufra Trigger alguna propiedad física como consecuencia de la colisión.

Wait Zone Ciclista Guarda información de colisión con (Script) el ciclista al momento de pasar la señalética semáforo VehicleWaitZone Box Collider Permite la detección de colisiones y Propiedad: Is sin necesidad de que el objeto sufra PedestrianWaitZone Trigger alguna propiedad física como consecuencia de la colisión.

Wait Zone (Script) Guarda la información de las variables Type y Opposite.  Type: tipo de agente con el que colisiona (Vehicle) para vehículos y (Pedestrian) para peatones.  Opposite: establece el sentido de circulación del peatón sobre el paso cebra. El objeto VehicleWaitZone tiene el campo vacío para esta propiedad. Fuente: Elaboración propia

El sentido de circulación dentro de la plataforma es crucial pues es el eje dentro del simulador, que ayuda al usuario a conocer el recorrido de manera puntual, este se encuentra definido por las variables type y opposite, se muestra un ejemplo en la figura Nº (42).

Figura 43. Sentido de circulación del peatón sobre el paso cebra

Fuente: Elaboración propia

Figura 44. Elementos del objeto Wait Zones

Fuente: Elaboración propia

 Semáforos: contiene los objetos modelados en 3D “Semáforo”, que se encargan de emitir las señales de tránsito.

Tabla 13. Componentes de los objetos “SemaforoArriba” y “SemaforoAbajo”

Objetos Componente Función “Semáforo Luces Activa o desactiva la propiedad emission de Arriba” Semáforo las texturas de los colores clave del semáforo: (script) amarillo, verde y rojo dando una sensación de encendido, apagado y cambio de color, adicionalmente posee un objeto tipo point ligth que emite una luz de acuerdo al color mostrado por el semáforo. “Semáforo Luz Recibe la variable señal de Luces semáforo Abajo” Semáforo (Script) para replicar el funcionamiento en el Abajo semáforo inferior. (Script) Fuente: Elaboración propia

3.3.4.5 Elaboración del sistema de navegación de agentes

Simple Trafic realiza una simulación simple, a través, de los componentes de navegación (NavMeshComponents) y restringe los Agentes NavMesh (vehículos y peatones) dentro de los carriles entre las secciones de navegación personalizadas, tomando en cuenta que todo el tráfico se mueve continuamente entre destinos seleccionados al azar (Tura, 2017).

Para el movimiento de los agentes del sistema es necesario definir el área de navegación que tendrá cada uno, se utilizaron elementos propios de Unity 3D para ello, en este caso planos mediante los cuales se trazaron las rutas de movimiento para vehículos y peatones (Tura, 2017).

Se nombró como “vehicle” a los planos que comprenden solamente calles e intersecciones y “pedestrian” a los planos que comprenden las aceras además del área de la calle definida como paso peatonal, se elimina componente del plano “mesh renderer” que borra la textura del plano ya que solo sirve de referencia al momento de implementar NavMesh Componets.

Figura 45. Área de navegación de vehículos definidos por planos propios de Unity 3D

Fuente: Elaboración propia

Figura 46. Área de navegación de peatones definidos por planos propios de Unity 3D

Fuente: Elaboración propia

Se añaden las capas “Road” para vehículos y “Sidewalk” para peatones en cada uno de los planos creados para el área de navegación correspondiente, para ello es necesario adicionar las capas en la sección “Add Layer” y luego seleccionarlas según corresponda, finalmente para evitar la acumulación de objetos en la jerarquía de Unity agrupamos los objetos en objetos vacíos denominados: “VehicleMesh” para los planos correspondientes al área de vehículos y “Persons Mesh” para los planos correspondientes al área de peatones, a su vez estos los agrupamos en el objeto “RoadsMesh”.

Figura 47. Adición de capas al plano de navegación

Fuente: Elaboración propia

Figura 48. Selección de capas “Road and Sidewalk”

Fuente: Elaboración propia

Figura 49. Agrupación de objetos “Vehicle Mesh and Persons Mesh”

Fuente: Elaboración propia

Una vez creadas las áreas de navegación se añadieron la carpeta “Nav Mesh Components” del proyecto Simple Trafic al proyecto en Unity arrastrándolo a la sección “Project”.

Posteriormente se crean componentes vacíos denominados “VehicleNav” para el área de navegación correspondiente a vehículos y “PedestrianNav” para el área de navegación de los peatones, a los cuales se les agrega el componente tipo Scripts “Nav Mesh Surface”, arrastrándolo en los objetos mencionados.

Figura 50. Añadir el script Nav Mesh Surface

Fuente: Elaboración propia

Una vez añadida la componente tipo script “Nav Mesh Surface” se modificaron las variables de acuerdo al tipo de agente área de navegación para vehículos “Vechicle Nav” y área de navegación para peatones “Pedestrian Nav”, así:

 Agent Type: Vehicle o Pedestrian: permite seleccionar el tipo de agente al que se encuentra destinado la navegación ya sea para vehículos o peatones.  Include Layers: Roads o sidewalk: permite seleccionar la capa que debe tomar en cuenta para realizar un área de navegación.  Use geometry: Phisics Coliders: permite elegir la geometría que se toma en cuenta para realizar el área de navegación, se utilizó phisics colliders ya que esta es la que poseen los planos definidos para la navegación de vehículos y peatones.

Finalmente se da click en Bake para que se realicen los cálculos del área de navegación tanto de vehículos y peatones.

Figura 51. Selección de variables correspondientes al objeto Vehicle Nav y Pedesrian Nav

Fuente: Elaboración propia

Figura 52. Área de navegación para vehículos y peatones

Fuente: Elaboración propia

Posteriormente se creó el objeto vacío “pool” para guardar una referencia de la posición del centro del sistema de circulación, y se agruparon los objetos VehicleNav, PersonNav y Pool en el objeto vacío “TrafficSystem” al cual se le añadió la componente de tipo script “TrafficSystem”.

Tabla 14. Variables de las Componente (Script) “Traffic System”

Variable Función Draw Gizmos Traza lineas de referencia para visualizar el recorrido de los vehículos en el sistema de circulación, estas referencias solo se muestran en la ventana escena del software unity 3D Personas Recibe prefabs de personas hombre y mujer que saldran aleatoriamente en la escena.

Vehículos Recibe prefabs de vehículos que saldran aleatoriamente en la escena, entre ellos buses, y automoviles de colores: rojo, verde, azul y negro. Pool Recibe informacion de la posicion del sistema de navegación Spawn Road Vehicles Es una bariable booleana que indica si los vehículos y personas deben aparecer al iniciar la escena o no. Max RoadVehicles Permite identificar el maximo de vehiculos que apareceran en la escena. Max Pedestrians Permite identificar el maximo de peatones que apareceran en la escena. Fuente: Elaboración propia

Para la implementación de personas y vehículos que aparecen en la escena se utilizaron prefabs gratuitos de la asset store de Unity, para personas “Sporty Girl” y “Contract Killer” con las animaciones walk e Idle que permite que caminen y se detengan, para vehículos “4x Low Poly Cars” al cual se le modificaron las texturas para simular variedad de vehículos.

Figura 53. Prefabs persona mujer y hombre

Fuente: Elaboración propia

Para identificar el estado caminar o detenerse se utilizaron las funciones On TriggerEnter, On TriggerExit, OnTriggerStay, OnCollisionEnter, OnCollisionExit con el objeto WaitZone así:

Tabla 15. Activación de animaciones de los peatones según las funciones Trigger y Collision

Funcion Animacion Caminar Animacion Detenerse (Walk) (Idle) OnTriggerEnter Desactivada Activada OnTriggerExit Activada Desactivada OnTriggerStay Desactivada Activada OnCollisionEnter Desactivada Activada OnCollisionExit Activada Desactivada Fuente: Elaboración propia

Figura 54. Prefabs vehículos

Fuente: Elaboración propia

Figura 55. Texturas vehículos

Fuente: Elaboración propia

3.3.4.6 Implementación de Arduino para el envió y procesamiento de las señales de una bicicleta

Para una experiencia más real, el usuario usa una bicicleta estática, maniobrada por él durante todo el recorrido, la bicicleta posee un “microcontrolador Arduino Uno” que se encarga de recibir

77 las señales proporcionadas por los pedales o el manubrio y enviarlas al computador para definir la velocidad y giro del ciclista dentro del software.

Los elementos utilizados para este proceso fueron (Acosta, 2017):

 Microprocesador Arduino Uno: La placa tiene 14 pines digitales, 6 pines analógicos programables con el Arduino IDE (Entorno de desarrollo integrado) a través de un cable USB. Puede ser alimentado por el cable USB o por una batería externa de 9 voltios, aunque acepta voltajes entre 7 y 20 voltios.  Potenciómetro multigiro de 10 KΩ: Para un ajuste fino de la resistencia, en los que el cursor va unido a un tornillo desmultiplicador, de modo que para completar el recorrido necesita varias vueltas del órgano de mando.  Dinamo: Es un generador eléctrico que transforma la energía mecánica en energía eléctrica, debido a la rotación de cuerpos conductores en un campo magnético, cuando la bobina gira influenciada por el campo magnético de los imanes, se induce en esta una corriente eléctrica que se conduce al exterior mediante unas escobillas.

Tabla 16. Tabla de elementos implementados en la bicicleta

Elemento Función en la bicicleta Arduino Uno Recibe las señales del potenciómetro multigiro del dinamo y las envía al computador para su procesamiento. Potenciómetro multigiro de 10 KΩ Detecta el giro del manubrio a través de la adaptación de engranes Dinamo Detecta el movimiento del pedal aplicando un pequeño rozamiento que obliga al usuario a aplicar cierta fuerza para una mejor experiencia Fuente: Elaboración propia

Para la implementación del potenciómetro multigiro se desarrolló un modelado a escala real que fue impreso de tal forma que se adapte en la bicicleta y detecte el giro realizado con el manubrio.

Figura 56. Engranajes para la detección del giro

Fuente: Elaboración propia

Conjuntamente se elaboró un circuito de acondicionamiento para la manipulación del potenciómetro multigiro y el dinamo.

Figura 57. Placa de acondicionamiento

Fuente: Elaboración propia

Todo esto para que las señales sean enviadas por el microcontrolador a la computadora a través del puerto COM# (Arduino Uno) y procesadas en Unity 3D a través del script movimiento.

3.3.4.7 Configuraciones previas al recorrido

Dentro de toda esta experiencia se incluyen dos escenarios de recorrido, uno en la mañana y otro en la noche, cronometrando también el tiempo de estancia del usuario dentro del recorrido, enlazándose con la bicicleta a través del puerto de conexión de Arduino.

Por esto se implementó una pantalla de configuraciones en la que el usuario define como realizar el recorrido, las especificaciones definidas son enviadas a la escena del entrenador virtual para ser ejecutados.

Tabla 17. Tabla de variables definidas en la configuración previas al recorrido

Variables Función Puerto Permite establecer el puerto de conexión de la bicicleta con el computador Tiempo Permite definir el tiempo de recorrido del usuario Momento del día Permite seleccionar el momento del día en el que se desea realizar el recorrido dando las opciones mañana y noche. Fuente: Elaboración propia

Cuando la escena en la que se realiza el recorrido recibe estas variables las aplica mediante distintos scripts en el caso del momento del día se modifica el material del SkyBox ubicando el “FluffballDay” para el día y el material “CosmicCoolClud” para la noche, el mismo es parametrizado por el script “Tiempo” que también se encarga de la manipulación del contador correspondiente al tiempo de recorrido elegido por el usuario.

3.3.4.8 Integración de cámaras para simulación de una vista en VR

La Realidad Virtual puede ser considerada una experiencia extremadamente inmersiva, que puede ser disfrutada sanamente para simular algo real, al usar un dispositivo como gafas, lentes de VR o aplicación de realidad virtual, se entra en simulaciones especiales, diseñadas para obtener experiencias extremadamente inclusivas en las que se puede interactuar y explorar (Filmora, 2019).

Esta experiencia es generalmente computarizada, con ambientes 3D para la simulación, en esta una persona puede utilizar una variedad de dispositivos electrónicos para interactuar con la escena y controlar el ambiente, esto significa crear una simulación de una experiencia del mundo real y las personas pueden entrar y salir en cualquier momento utilizando la tecnología (Filmora, 2019).

“Entre las pantallas y los ojos hay unas lentes especiales que se encargan de enfocar y redefinir las imágenes para cada ojo creando un efecto estereoscópico en 3D a partir de imágenes en 2D” (Revista Gadget, 2018).

Por estas razones, dentro del simulador se implementaron dos cámaras para cada ojo y se modificó la variable “Viewport Rect” de ambas cámaras de tal forma que dividan a la pantalla en dos y se sitúen una alado de la otra, para que así al momento de utilizar las gafas de realidad virtual de la sensación de una sola vista en conjunto.

Figura 58. Implementación dos cámaras para una vista VR

Fuente: Elaboración propia

Estas cámaras son ejes directrices del objeto “cámaras” con el script “Mouse Move” que permite realizar un giro en las coordenadas “x y” mediante el movimiento del mouse, se conecta al dispositivo móvil por medio de giroscopio y la aplicación trinus VR ubicada en las gafas de realidad virtual “cardboard” y simulan el giro de la cabeza del usuario.

Figura 59. Conexión mouse giroscopio

Fuente: Elaboración propia

Adicionalmente se implementó una interfaz de usuario simple aplicando la misma lógica de realidad virtual, es decir, un panel por cámara derecha e izquierda, con el tiempo de recorrido y un botón que permite finalizar el recorrido. Dentro de este existen las distintas animaciones que le enseñan al usuario lo que debe realizar al momento de dar un giro a la derecha o izquierda, así como también las distintas alertas por infracciones.

Figura 60. Integración interface de usuario una por cámara

Fuente: Elaboración propia

3.3.4.9 Configuración de cámara

El uso de cámaras es de gran importancia a la hora de definir la visualización que posee el usuario dentro de simulador para ello se analizaron las proyecciones de cámara que ofrece Unity proyecciones 2D y 3D.

El modo de proyección de una cámara nos indica si va a renderizar el mundo en 3D (Perspectiva) o en 2D (Ortográfica), de manera automática, las cámaras se configuran en perspectiva y constan de una pirámide truncada llamada “fieldofview” (FOV), una cámara en perspectiva renderiza en 3D, una cámara en ortográfica renderiza el universo en 2D y tiene un FOV rectangular. Esto sirve para crear juegos en 2D o bien usar una cámara secundaria para mostrar un Heads Up Display (HUD) con elementos como un mapa o una barra de vida (Gomilla, 2017).

Figura 61. Proyección perspectiva

Fuente: Elaboración propia

En la figura Nº 60 se muestra la misma escena tanto en modo (perspectiva) (izquierda) y modo ortográfico (derecha) (Unity 3D, 2018).

Una vez definidas las distintas proyecciones se decidió utilizar una vista con proyección perspectiva de tal forma que la imagen proyectada al usuario se asemeja más a la realidad, posteriormente se definió la ubicación de cámara para simular una vista en primera persona o en tercera persona.

Las cámaras que se usaron son (Michelini, 2019):

 Cámara en primera persona: es una vista que se emplea en los videojuegos en la cual el mundo se ve desde la perspectiva del personaje protagonista.

Figura 62. Cámara en primera persona

Fuente: (Michelini, 2019)

 Cámara en tercera persona: Esta vista tiene como característica que el personaje que se controla se ve de cuerpo entero y generalmente de espaldas.

Figura 63. Cámara en tercera persona

Fuente: (Michelini, 2019)

Tomando en cuenta lo expuesto se decide utilizar una vista en primera persona para lograr una mayor inmersión del usuario dentro del simulador dando a notar que se encuentra dentro de éste.

3.3.4.10 Programación del movimiento del ciclista en el simulador

Una vez realizadas las adecuaciones a la escena se realizó la programación del movimiento del usuario dentro de esta, para poder conseguir se receptan las señales enviadas por el micro controlador utilizando la referencia “System.IO.Ports”, este está reflejado en el script Movimiento y es aplicado al objeto “Ciclista” que contiene a los objetos cámara, aquí también se aplican las animaciones creadas para enseñar al usuario la señal que debe hacer al momento de realizar el giro hacia la derecha o izquierda, estas aparecen cuando se detecta que el giro realizado al manubrio es pronunciado.

El objeto ciclista posee un “Capsule Collider” que sirve de ayuda para detectar las colisiones entre el usuario y el ambiente creado (paredes, vereda, señalética, etc.) con esto se implementa la componente “rigybody” y se congelan las rotaciones en x, z para evitar movimientos innecesarios al realizar el recorrido.

Figura 64. Componentes del objeto “ciclista”

Fuente: Elaboración propia

Se identifican las distintas infracciones cometidas por el usuario mediante la detección de colisiones del objeto ciclista con el entorno, es decir, si se pasó un semáforo en rojo o si irrespetó la señalética peatonal, todas estas sumadas a los distintos contadores asignados implementados mediante el script “ControlCiclista”, son datos enviados de la escena del recorrido a la escena de infracciones para ser procesados y mostrados al usuario una vez finalizado el recorrido.

3.3.4.11 Instalación y configuración Trinus Virtual Reality (Trinus VR)

Para configurar el modo de visualización del simulador, se necesita instalar la app Trinus Cardboard VR (Lite) en el dispositivo móvil Android y el software Trinus Cardboard VR en el computador para lograr una interconexión desde el equipo de sobremesa con el dispositivo móvil, el cual posteriormente es ubicado en las Cardboards.

Figura 65. App Trinus Cardboard VR (Lite)

Fuente: (Rosso, 2017)

Figura 66. Trinus Cardboard VR

Fuente: (Rosso, 2017)

Una vez instalado el programa hay varios parámetros de configuración como son la calidad de emisión de la señal para un alcance óptimo entre potencia gráfica y velocidad de respuesta y otros elementos igualmente importantes como la calibración del giroscopio o la simulación del modo de entrada (Rosso, 2017).

“Teniendo ambos dispositivos conectados a la misma red, se arranca las dos aplicaciones a la par para que se detecten mutuamente. Por defecto, lo que se verá en las gafas es la ventana en primer plano que tengamos abierta” (Rosso, 2017).

La conexión se realizó mediante el cable USB para una mejor transmisión de señal, es necesario destacar que el dispositivo móvil debe permitir el acceso USB y desactivar las opciones de wifi o uso de datos móviles para su uso.

Figura 67. Configuración de parámetros Trinus VR en el computador

Fuente: Elaboración propia

Figura 68. Configuración de parámetros Trinus VR en el dispositivo móvil

Fuente: Elaboración propia

Figura 69. Visualización VR en el dispositivo móvil

Fuente: Elaboración propia

Luego de establecer la configuración se debe comprobar que la conexión entre el dispositivo móvil y el computador se encuentre correcta para presionar “start” en el computador como en el dispositivo móvil para realizar la transmisión de señal.

Capítulo 4. Pruebas y Resultados

4. Pruebas y Resultados

4.1 Pruebas

Según las estadísticas del INEC entre la población que más usa bicicleta de acuerdo a su edad se encuentran: 5 a 14 años con el 38.33% y 15 a 24 años con el 21.22%, establecemos la edad preferencial para el uso del simulador de 15 a 24 años ya que llegarían a ser usuarios potenciales al momento de utilizar el simulador ya que las edades de 5 a 14 años se trasladan en bicicleta en la mayoría de casos bajo la supervisión de un adulto si es el caso de una zona urbana revisar el Anexo A.

Se identificó la población en la ciudad de Quito según las edades de 15 a 24 años obteniendo como resultado 419.861 al año 2010 (ver anexo B), se obtiene la tasa de crecimiento poblacional al año 2010 para la ciudad de Quito de 2.41% (ver anexo C), el incremento poblacional anual es de 10.119, por lo que para el 2019 se estima que la población en quito para las edades de 15 a 24 años sea 510.929.

Dado que el 21.22% de la población entre 15 a 24 años usan bicicleta, el tamaño poblacional de personas que usan bicicleta entre dichas edades es de 108.419 personas, para calcular el tamaño de la muestra se utilizó la fórmula:

푍2 × 푝 × 푞 × 푁 푛 = (푁 − 1)푒2 + 푍2 푝 푞

Donde:

n = el tamaño de la muestra

N = tamaño de la población

푝 = Probabilidad a favor

푞 = Probabilidad en contra

Z = Valor obtenido mediante niveles de confianza

e = Límite aceptable de error muestral

Cuyos datos son los siguientes:

N = 108.419 (personas que usan bicicleta en la cuidad de quito entre las edades de 15 a 24 años)

푝 = 0.5

푞 = 0.5

Z = 1.65 para el 90% de confiabilidad y un 10% de error.

e = 0.1

Aplicando la fórmula obtenemos que la muestra para la investigación es de 68 personas (Ver anexo D), por lo cual se aplicaron este número de encuestas para poder ser tabuladas.

4.2 Resultados

Tabla 18. Edad

1.Edad Frecuencia Porcentaje 15 años 58 85,29% 16 años 10 14,71% 17 años 0 0,00% Total 68 100,00% Fuente: Elaboración propia

Edad

0,00%

14,71% 15 años 16 años 17 años 85,29%

Figura 70. Edad

Fuente: Elaboración propia

Análisis

En la tabla con su respectiva gráfica, se aprecian los valores en referencia a la edad de los encuestados, siendo estos, el mayor porcentaje de 85,29% corresponden a chicos de 15 años, seguido de un mínimo porcentaje de 14,71% jóvenes de 16 años.

Tabla 19. Conocimiento de normas de tránsito

2. ¿Conoce las normas de tránsito para la circulación Frecuencia Porcentaje de ciclistas? SI 7 10,29% NO 61 89,71% Total 68 100,00% Fuente: Elaboración propia

Conocimiento de normas de tránsito

10,29% SI NO

89,71%

Figura 71. Conocimiento de normas de tránsito

Fuente: Elaboración propia

Análisis

En la tabla con su respectiva gráfica, se aprecian los valores en referencia al conocimiento de normas de tránsito por parte de los encuestados, siendo estos, el mayor porcentaje de 89,71% no las conocen y el 10,29% sí.

Tabla 20. Conocimiento de software en educación vial

3. ¿Conoce algún software enfocado en la educación vial Frecuencia Porcentaj para ciclistas similar al presentado? e SI 0 0,00% NO 68 100,00% Total 68 100,00% Fuente: Elaboración propia

Conocimiento de software en educación vial

0,00%

SI NO

100,00%

Figura 72. Conocimiento de software en educación vial

Fuente: Elaboración propia

Análisis

En la tabla con su respectiva gráfica, se aprecian los valores en referencia al conocimiento de softwares en educación vial por parte de los encuestados, siendo estos, el mayor porcentaje de 100% no conocen este tipo de softwares.

Tabla 21.Nivel de atractivo del entrenador virtual

4. ¿En qué grado considera atractivo el entrenador virtual Frecuencia Porcentaje de educación vial para ciclistas? Muy atractivo 58 85,29% Atractivo 10 14,71%

Poco atractivo 0 0,00% Nada atractivo 0 0,00% Total 68 100,00% Fuente: Elaboración propia

Nivel de atractivo del entrenador virtual

Muy atractivo 14,71% Atractivo Poco atractivo 85,29% Nada atractivo

Figura 73. Nivel de atractivo del entrenador virtual

Fuente: Elaboración propia

Análisis

En la tabla con su respectiva gráfica, se aprecian los valores en referencia al nivel de atractivo del entrenador virtual que perciben los encuestados, siendo estos, el mayor porcentaje de 85,29% muy atractivo y el 14,71% solo atractivo.

Tabla 22. Nivel de realidad del simulador

5. ¿En qué nivel la experiencia en el simulador se acercó Frecuencia Porcentaj a la realidad? e Muy real 34 50,00% Realista 34 50,00% Poco realista 0 0,00% Nada real 0 0,00% Total 68 100,00% Fuente: Elaboración propia

Nivel de realidad del simulador

0,00% Muy real Realista 50,00% 50,00% Poco realista Nada real

Figura 74. Conocimiento de normas de tránsito

Fuente: Elaboración propia

Análisis

En la tabla con su respectiva gráfica, se aprecian los valores en referencia al nivel de realidad del simulador que perciben los encuestados, siendo estos, un porcentaje de 50% creen que es realista y el otro 50% que es muy real.

Tabla 23. Adquisición de conocimientos sobre seguridad vial

6. ¿Adquirió conocimientos acerca de la seguridad vial para Frecuenci Porcentaje ciclistas mediante este simulador? a SI 68 100,00% NO 0 0,00% Total 68 100,00% Fuente: Elaboración propia

Adquisición de conocimientos sobre seguridad vial

0,00%

SI NO

100,00%

Figura 75. Adquisición de conocimientos sobre seguridad vial

Fuente: Elaboración propia

Análisis

En la tabla con su respectiva gráfica, se aprecian los valores en referencia a la adquisición de conocimientos en seguridad vial que ofrece el simulador, siendo estos, en su totalidad, afirman que si obtuvieron buenos conocimientos.

Tabla 24. Grado de aprendizaje del simulador

7. ¿Qué grado de aprendizaje considera que proporciona Frecuencia Porcentaj el simulador para la educación vial de ciclistas? e Alto 47 69,12% Medio 21 30,88% Bajo 0 0,00% Nada 0 0,00% Total 68 100,00% Fuente: Elaboración propia

Grado de aprendizaje del simulador

0,00% 30,88% Alto Medio Bajo 69,12% Nada

Figura 76. Grado de aprendizaje del simulador

Fuente: Elaboración propia

Análisis

En la tabla con su respectiva gráfica, se aprecian los valores en referencia al grado de aprendizaje que ofrece el simulador a los encuestados, siendo estos, el mayor porcentaje de 69,12% indican que es muy alto y el 30,88% solo medio.

Tabla 25. Instrucciones claras

8. ¿Las instrucciones brindadas por el simulador son claras? Frecuencia Porcentaje SI 67 98,53% NO 1 1,47% Total 68 100,00% Fuente: Elaboración propia

Instrucciones claras

1,47%

SI NO

98,53%

Figura 77. Instrucciones claras

Fuente: Elaboración propia

Análisis

En la tabla con su respectiva gráfica, se aprecian los valores en referencia a las instrucciones que emite el simulador, siendo estos, el mayor porcentaje de 98,53% que consideran que sin son claras y el 1,47% no.

Tabla 26. Utilidad del simulador

9. ¿Considera útil el simulador? Frecuencia Porcentaje SI 68 100,00% NO 0 0,00% Total 68 100,00% Fuente: Elaboración propia

Utilidad del simulador

0,00%

SI NO

100,00%

Figura 78. Utilidad del simulador

Fuente: Elaboración propia

Análisis

En la tabla con su respectiva gráfica, se aprecian los valores en referencia a la perspectiva de la utilidad del simulador, siendo estos, la totalidad de 100% creen que si es útil.

Tabla 27. Recomendación del uso del simulador

10. ¿Recomendaría el uso del simulador para Frecuencia Porcentaje promover la educación vial para ciclistas? SI 68 100,00% NO 0 0,00% Total 68 100,00% Fuente: Elaboración propia

Recomendación del uso del simulador

0,00%

SI NO

100,00%

Figura 79. Recomendación del uso del simulador

Fuente: Elaboración propia

Análisis

En la tabla con su respectiva gráfica, se aprecian los valores en referencia a la recomendación del simulador, siendo estos, en su totalidad indican que si lo harían.

Capítulo 5. Conclusiones y recomendaciones

Capítulo 5.1 Conclusiones

El software desarrollado en el siguiente proyecto cumple con las expectativas de inmersión al usuario tanto para el manejo de la bicicleta como para el traslado dentro del ambiente virtual creado.

Existen varios simuladores de bicicleta que pretenden proporcionar un alto grado de inmersión, sin embargo, no existen simuladores que enseñen o guíen al usuario a circular dentro de la ciudad, respetando las normativas de seguridad.

A pesar de no ocupar la tecnología de Realidad Virtual directamente, la transmisión de video e imagen presentan una gran aproximación a la realidad virtual cumpliendo con las expectativas del usuario.

El manejo de los modelados 3D mediante la texturización y mapeado UV sirvió para dar mayor detalle y mejoro la optimización del peso al momento de realizar la implementación en Unity3D.

Las herramientas Unity 3D y Arduino, sirvieron de intermediarios para el manejo, recepción y envió de datos proporcionados por la bicicleta logrando así, la conexión de ésta con el dispositivo utilizado.

Trinus VR sirvió de forma eficiente a la simulación de una vista en realidad virtual mejorando la experiencia del usuario al momento de realizar el recorrido en el ambiente urbano.

El mayor porcentaje de la población en el rango de muestra no posee conocimiento acerca de las leyes de circulación vial para ciclistas por lo que la herramienta es una guía para promover el conocimiento de éstas.

Se pudo observar el alto grado de aceptabilidad por el usuario, al momento de manipular el software sin embargo en algunos se presentaron pequeños rangos de mareo al momento de su utilización siendo un poco desfavorable a la experiencia.

Se puede evidenciar que los conocimientos adquiridos a lo largo de la carrera universitaria contribuyen a la elaboración de este tipo de proyectos que innoven en distintas áreas y campos específicos.

Capítulo 5.2 Recomendaciones

Se recomienda utilizar el software en compañía de una persona que le ayude a manipular la interface hasta encontrarse inmerso en el ambiente virtual.

Utilizar el software a conciencia tomando las sugerencias proporcionadas por el mismo para el correcto uso a fin de cumplir con el objetivo de aprender las normas viales.

Elaborar un sistema de circulación con manzanas mucho más largas que le permitan al usuario adaptarse al movimiento y comprender de mejor forma el objetivo del simulador.

Para el correcto funcionamiento del software se recomienda utilizar un dispositivo con un mínimo de memoria RAM de 6 GB, además de un dispositivo móvil Android que posea el sensor giroscopio para la detección del movimiento de cabeza.

Evitar la exposición prolongada dentro del simulador sobre todo al utilizar la tecnología VR ya que puede presentar mareos al momento de realizar el recorrido.

Se recomienda utilizar otro tipo de herramientas (encoder rotatorio) para la recepción de señales enviadas por la bicicleta, de tal forma que los movimientos realizados por el usuario sean captados con mayor precisión.

100

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ANEXOS

Anexo A. Población que utilizó bicicletas por grupo de edad.

Anexo B. Población de la ciudad de Quito.

Anexo C. Crecimiento poblacional de Quito.

Anexo D. Cálculo de la muestra

Anexo E. Encuestas Realizadas

Anexo F. Fotografías prueba del prototipo Entrenador Virtual Urbano para la educación vial de ciclistas

Anexo G. Código Fuente del software

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Anexo B. Población que utilizó bicicletas por grupo de edad.

Año Desagregación Si

Absoluto Relativo 2016 Nacional 2.481.343 16,42% Grupo edad 5 a 14 951.036 38,33% años Grupo edad 15 a 24 526.488 21,22% años Grupo edad 25 a 34 339.000 13,66% años Grupo edad 35 a 44 296.033 11,93% años Grupo edad 45 a 64 307.789 12,40% años Grupo edad más 65 60.997 2,46% años Total 2.481.343 100,00% Fuente: Módulo de Información Ambiental en Hogares - Encuesta Nacional de Empleo Desempleo y Subempleo- ENEMDU 2016

Anexo B. Población de la ciudad de Quito.

Nombre de la Parroquia ÁREA De 15 a 19 años De 20 a 24 años ALANGASI Total 2.213 2.146 AMAGUAÑA Total 2.936 2.764 ATAHUALPA (HABASPAMBA) Total 166 141

107

CALACALI Total 342 322 CALDERON (CARAPUNGO) Total 14.360 15.354 CHAVEZPAMBA Total 71 55 CHECA (CHILPA) Total 944 848 CONOCOTO Total 7.469 7.286 CUMBAYA Total 2.680 2.542 EL QUINCHE Total 1.654 1.647 GUALEA Total 198 150 GUANGOPOLO Total 326 321 GUAYLLABAMBA Total 1.612 1.573 LA MERCED Total 823 786 LLANO CHICO Total 1.106 1.011 LLOA Total 144 101 NANEGAL Total 245 195 NANEGALITO Total 303 235 NAYON Total 1.391 1.314 NONO Total 165 134 PACTO Total 490 338 PERUCHO Total 79 61 PIFO Total 1.667 1.634 PINTAG Total 1.857 1.639 POMASQUI Total 2.637 2.579 PUELLARO Total 596 442 PUEMBO Total 1.330 1.266 QUITO Total 146.299 157.641 SAN ANTONIO Total 3.081 3.007 SAN JOSE DE MINAS Total 613 545 TABABELA Total 254 241 TUMBACO Total 4.647 4.646 YARUQUI Total 1.788 1.718

108

ZAMBIZA Total 350 343 Total De 15 a 19 años De 20 a 24 años 145.212 156.575 URBANO RURAL 59.624 58.450 Total 204.836 215.025 Fuente: censo de población y vivienda (cpv-2010)

Anexo C. Crecimiento poblacional de Quito.

Nombre de parroquia Tasa de Crecimiento Anual 2001-2010 Hombre Mujer Total Nacional 1,96% 1,93% 1,95% QUITO 1,55% 1,48% 1,51% ALANGASI 3,82% 3,66% 3,74%

109

AMAGUAÑA 2,89% 3,26% 3,08% ATAHUALPA (HABASPAMBA) -0,11% 0,52% 0,21% CALACALI 0,64% 0,95% 0,80% CALDERON (CARAPUNGO) 6,52% 6,47% 6,50% CONOCOTO 4,86% 4,80% 4,83% CUMBAYA 4,54% 4,37% 4,45% CHAVEZPAMBA -1,30% -0,38% -0,85% CHECA (CHILPA) 2,48% 2,02% 2,25% EL QUINCHE 2,37% 2,54% 2,46% GUALEA -0,45% -0,59% -0,51% GUANGOPOLO 3,33% 3,16% 3,25% GUAYLLABAMBA 3,21% 3,06% 3,14% LA MERCED 4,14% 4,29% 4,22% LLANO CHICO 6,27% 6,04% 6,15% LLOA 0,35% 0,63% 0,48% MINDO NANEGAL 0,35% 0,30% 0,33% NANEGALITO 2,04% 2,45% 2,24% NAYON 5,30% 5,33% 5,31% NONO 0,00% -0,28% -0,13% PACTO -0,10% 0,01% -0,05% PEDRO VICENTE MALDONADO PERUCHO 0,08% 0,00% 0,04% PIFO 3,26% 3,40% 3,33% PINTAG 2,27% 2,47% 2,37% POMASQUI 4,15% 4,26% 4,20% PUELLARO -0,73% -0,19% -0,46% PUEMBO 2,32% 2,47% 2,39% SAN ANTONIO 5,45% 5,44% 5,45% SAN JOSE DE MINAS -0,24% -0,50% -0,37%

110

SAN MIGUEL DE LOS BANCOS TABABELA 2,33% 2,44% 2,39% TUMBACO 2,85% 2,94% 2,89% YARUQUI 2,77% 2,97% 2,87% ZAMBIZA 3,35% 3,55% 3,45% TOTAL 2,41% Fuente: censo de población y vivienda (cpv-2010)

Anexo D. Cálculo de la muestra

POBLACION QUITO EDADES 15-19 AÑOS (2010) 204.836 POBLACION QUITO EDADES 20-24 AÑOS (2010) 215.025 POBLACION QUITO EDADES 20-24 AÑOS (2010) 419.861 TAZA DE CRECIMIENTO POBLACIONAL QUITO (2010) 2,41% INCREMENTO POBLACIONAL ANUAL QUITO (2010) 10.118,65 POBLACION ESTIMADA AL 2019 (EDADES 15 A 24 AÑOS) 510.928,85 POBLACION QUE USA BICICLETAS POR EDAD (15-24 AÑOS) 21,22% POBLACION QUE USA BICICLETA EN QUITO EDADES 15-24 AÑOS (2019-APROXIMACION) 108.419,10

Z p q N e n 1,65 0,5 0,5 108.419,10 0,1 68,0204261 Fuente: Elaboración propia

111

Anexo E. Encuestas Realizadas UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR FACULTAD DE INGENIERÍA CIENCIAS FÍSICAS Y MATEMÁTICAS CARRERA DE INGENIERÍA EN COMPUTACIÓN GRÁFICA ENCUESTA Objetivo: Identificar la aceptación del simulador y experiencia del usuario al momento de utilizar el software “Entrenador virtual para la educación vial de ciclistas” Cuestionario 1. Edad: 2. ¿Conoce las normas de tránsito para la circulación de ciclistas? Sí No 3. ¿Conoce algún software enfocado en la educación vial para ciclistas similar al presentado? Sí No 4. ¿En qué grado considera atractivo el entrenador virtual de educación vial para ciclistas?

Muy atractivo Atractivo Poco Atractivo Nada atractivo 5. ¿En qué nivel la experiencia en el simulador se acercó a la realidad?

Muy Real Realista Poco Realista Nada Real 6. ¿Adquirió conocimientos acerca de la seguridad vial para ciclistas mediante este simulador? Sí No 7. ¿Qué grado de aprendizaje considera que proporciona el simulador para la educación vial de ciclistas?

Alto Medio Bajo Nada 8. ¿Las instrucciones brindadas por el simulador son claras? Sí No 9. ¿Considera útil el simulador? Sí No 10. ¿Recomendaría el uso del simulador para promover la educación vial para ciclistas? Sí No

¡Gracias por su tiempo!

112

Anexo F. Fotografías prueba del prototipo Entrenador Virtual Urbano para la educación vial de ciclistas

113

Fuente: Elaboración propia

114

Anexo G. Código Fuente del software

Fuente: Elaboración propia

115

Fuente: Elaboración propia

116

Fuente: Elaboración propia

117