Розроблення та застосування логічних елементів для моделювання комп'ютерної логіки у віртуальних середовищах

Abstract

Віртуальна реальність (VR) – це сучасна технологія, що дозволяє створювати інтерактивні середовища для занурення користувачів у цифровий світ. Логічні елементи у VR забезпечують основу для взаємодії користувачів із системами та моделюють реальні функціональні процеси. Актуальність роботи. Інтеграція логічних елементів у VR є ключовою для створення інтерактивних середовищ, які можуть використовуватися у освітніх, інженерних та промислових цілях. Застосування таких рішень дозволяє підвищити ефективність навчання, покращити тренувальні процеси та моделювати складні системи. Об'єкт дослідження: логічні елементи у віртуальній реальності. Предмет дослідження: методи розробки та тестування логічних елементів у VR-середовищі з використанням Unity та сучасних інструментів. Мета роботи: розробка та тестування інтерактивних логічних елементів у середовищі віртуальної реальності, що забезпечують високу інтерактивність та зручність взаємодії. Структура та зміст роботи Перший розділ містить аналіз сучасних підходів до створення логічних елементів у VR. Розглянуто базові, складні та програмовані логічні елементи (FPGA), їх інтеграцію у віртуальні середовища для освітніх та інженерних цілей. Проведено огляд платформ (LogiSim VR, Digital Circuit VR, TinkerCAD VR) та апаратних пристроїв (Oculus Quest 2, HTC Vive). У другому розділі наведено порівняльний аналіз Unity і Unreal Engine, їхні переваги та обмеження. Визначено, що Unity є оптимальною платформою для інтеграції логічних елементів завдяки підтримці плагінів Oculus Integration SDK, XR Interaction Toolkit і Photon Unity Networking (PUN). Також розглянуто особливості VR-гарнітур для забезпечення якісної взаємодії. 5 Третій розділ детально описує процес створення інтерактивних елементів: ? Проєктування логічних схем у середовищі Unity. ? Інтеграція інструментів для створення інтерактивних об’єктів (кнопок, панелей управління, динамічних об’єктів) та налаштування багатокористувацької взаємодії. ? Тестування функціональності та стабільності логічних елементів у кількох сценаріях, включаючи локальні перевірки, VR-тестування на гарнітурі Oculus Quest 2 і багатокористувацьке тестування. Робота забезпечує практичні рекомендації з розробки інтерактивних VR рішень для освітніх і технічних сфер. Інтеграція сучасних інструментів Unity, Oculus і PUN демонструє можливості створення інтуїтивних та функціональних VR-систем із високим рівнем занурення та інтерактивності. Робота складається зі вступу, трьох розділів, висновків та списку використаних джерел. У ній представлено численні ілюстрації, графіки та фрагменти коду, що обґрунтовують результати дослідження. КЛЮЧОВІ СЛОВА: ЛОГІЧНІ СХЕМИ, КОМП’ЮТЕРНА ЛОГІКА, ВІРТУАЛЬНЕ СЕРЕДОВИЩЕ, MICRO-CAP, МОДЕЛЮВАННЯ, ЛОГІЧНІ ЕЛЕМЕНТИ, ЦИФРОВІ ПРИСТРОЇ, СИНТЕЗ СХЕМ, АНАЛІЗ СИГНАЛІВ, СИМУЛЯЦІЯ. 1. Oculus Integration SDK [Електронний ресурс]. – Режим доступу: https://developer.oculus.com/downloads/package/oculus-integration (дата звернення: 24.02.2025). 2. XR Interaction Toolkit [Електронний ресурс]. – Режим доступу: https://docs.unity3d.com/Packages/com.unity.xr.interaction.toolkit (дата звернення: 24.01.2025). 3. Photon Unity Networking (PUN) [Електронний ресурс]. – Режим доступу: https://www.photonengine.com/pun (дата звернення: 24.01.2025). 4. Fusion 360 [Електронний ресурс]. – Режим доступу: https://www.autodesk.com/products/fusion-360 (дата звернення: 31.01.2025). 6 Kulmatytskii Y.R., (Supervisor) Zdobytskyi A. Y. Development and Application of Logic Elements for Modeling Computer Logic in Virtual Environments. Bachelor's Qualification Thesis. – Lviv Polytechnic National University, Lviv, 2025.

Virtual reality (VR) is a modern technology that allows the creation of interactive environments immersing users in a digital world. Logical elements in VR serve as fundamental components that model real functional processes and enable user interaction with systems. Relevance of the study. The integration of logical elements in VR is essential for creating interactive environments applicable in educational, engineering, and industrial domains. Implementing such solutions enhances training efficiency, improves educational processes, and facilitates the modeling of complex systems. Object of the study: logical elements in virtual reality. Subject of the study: methods for developing and testing logical elements in a VR environment using Unity and modern tools. Objective: to develop and test interactive logical elements in a virtual reality environment, ensuring high interactivity and user-friendly interaction. Structure and Content of the Thesis The first chapter provides an analysis of modern approaches to creating logical elements in VR. It examines basic, complex, and programmable logic elements (FPGA) and their integration into virtual environments for educational and engineering purposes. Platforms (LogiSim VR, Digital Circuit VR, TinkerCAD VR) and hardware devices (Oculus Quest 2, HTC Vive) are also reviewed. The second chapter presents a comparative analysis of Unity and Unreal Engine, outlining their advantages and limitations. Unity is identified as the optimal platform for integrating logical elements due to its support for plugins like Oculus Integration SDK, XR Interaction Toolkit, and Photon Unity Networking (PUN). Features of VR headsets for ensuring quality interaction are also discussed. The third chapter provides a detailed description of the process of creating interactive elements: Designing logical schemes in Unity. o o 7 Integrating tools to create interactive objects (buttons, control panels, o dynamic objects) and configure multi-user interaction. Testing functionality and stability of logical elements in various scenarios, including local testing, VR testing on the Oculus Quest 2 headset, and multi-user testing. The thesis offers practical recommendations for developing interactive VR solutions for educational and technical domains. The integration of modern tools like Unity, Oculus, and PUN demonstrates the potential to create intuitive and functional VR systems with high levels of immersion and interactivity. The thesis consists of an introduction, three chapters, conclusions, and a list of references. It includes numerous illustrations, graphs, and code fragments supporting the research findings. KEYWORDS: LOGIC CIRCUITS, COMPUTER LOGIC, VIRTUAL ENVIRONMENT, MICRO-CAP, MODELING, LOGIC GATES, DIGITAL DEVICES, CIRCUIT SYNTHESIS, SIGNAL ANALYSIS, SIMULATION. 1. Oculus Integration SDK [Electronic resource]. – Available at: https://developer.oculus.com/downloads/package/oculus-integration (accessed: 24.02.2025). 2. XR Interaction Toolkit [Electronic resource]. – Available at: https://docs.unity3d.com/Packages/com.unity.xr.interaction.toolkit (accessed: 24.01.2025). 3. Photon Unity Networking (PUN) [Electronic resource]. – Available at: https://www.photonengine.com/pun (accessed: 24.01.2025). 4. Fusion 360 [Electronic resource]. – Available https://www.autodesk.com/products/fusion-360 (accessed: 31.01.2025).