Characterizing weight perception in VR with ungrounded haptic devices : a study of wrist strain and wrist torque through force-feedback and pendular actuation

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2024
Autor(a) principal: Cuya, Franklin Giovani Bastidas
Orientador(a): Maciel, Anderson
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: eng
Instituição de defesa: Não Informado pela instituição
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Realidade virtual
Dispositivo háptico
Ambiente imersivo
Visualização interativa
Ambiente virtual
Palavras-chave em Inglês:
Weight perception
Haptics
User study
Link de acesso: http://hdl.handle.net/10183/289203
Resumo: A realidade virtual (RV) oferece experiências sensoriais imersivas. No entanto, reproduzir o sentido do tato, particularmente a percepção de peso, continua sendo um desafio em RV devido à limitação dos dispositivos de feedback de força serem ancorados a uma base fixa. Em resposta a isso, nossa pesquisa explora o uso de dispositivos hápticos vestíveis e seguros pela mão projetados para transmitir a percepção de peso em ambientes virtuais. Conduzimos dois estudos com diferentes abordagens hápticas, focando na capacidade do usuário de perceber e diferenciar os pesos de objetos virtuais. No primeiro estudo, utilizamos um dispositivo vestível no pulso para investigar como estímulos aplicados exclusivamente ao pulso podem transmitir a sensação de peso. Os participantes realizaram tarefas que exigiam discernir objetos virtuais de diferentes pesos em um ambiente imersivo de RV. Os resultados demonstraram similaridades mas também diferençassignificativas na acurácia da percepção, que variaram conforme o peso do objeto e a posição de agarre. No segundo estudo, apresentamos um novo dispositivo manipulável que utiliza um mecanismo inovador de deslocamento de massa para gerar torque no pulso, simulando a sensação de peso ao explorar a gravidade. Os participantes realizaram duas atividades: organizar cubos por peso e ajustar barras virtuais para igualar o peso de uma barra de referência. O estudo revelou que os usuários conseguiam distinguir entre diferentes pesos com precisão crescente à medida que a diferença de peso aumentava. Além disso, encontramos diferenças significativas no tempo de resposta e na precisão ao comparar objetos mais leves e mais pesados. POr fim, comparamos os resultados dos dois estudos. Vistos de uma perspectiva alargada, eles destacam o papel crítico que o feedback háptico desempenha na percepção de peso em ambientes virtuais. Os resultados demonstram que dispositivos hápticos manuseáveis podem efetivamente transmitir variações de peso, melhorando a capacidade do usuário de perceber e discriminar entre objetos virtuais de diferentes pesos. Esta pesquisa contribui para o avanço de experiências de RV mais acessíveis e imersivas, aprimorando a acurácia da percepção de peso por meio do feedback háptico.
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Os participantes realizaram tarefas que exigiam discernir objetos virtuais de diferentes pesos em um ambiente imersivo de RV. Os resultados demonstraram similaridades mas também diferençassignificativas na acurácia da percepção, que variaram conforme o peso do objeto e a posição de agarre. No segundo estudo, apresentamos um novo dispositivo manipulável que utiliza um mecanismo inovador de deslocamento de massa para gerar torque no pulso, simulando a sensação de peso ao explorar a gravidade. Os participantes realizaram duas atividades: organizar cubos por peso e ajustar barras virtuais para igualar o peso de uma barra de referência. O estudo revelou que os usuários conseguiam distinguir entre diferentes pesos com precisão crescente à medida que a diferença de peso aumentava. Além disso, encontramos diferenças significativas no tempo de resposta e na precisão ao comparar objetos mais leves e mais pesados. POr fim, comparamos os resultados dos dois estudos. Vistos de uma perspectiva alargada, eles destacam o papel crítico que o feedback háptico desempenha na percepção de peso em ambientes virtuais. Os resultados demonstram que dispositivos hápticos manuseáveis podem efetivamente transmitir variações de peso, melhorando a capacidade do usuário de perceber e discriminar entre objetos virtuais de diferentes pesos. Esta pesquisa contribui para o avanço de experiências de RV mais acessíveis e imersivas, aprimorando a acurácia da percepção de peso por meio do feedback háptico.Virtual reality (VR) offers immersive experiences, yet replicating the sense of touch, particularly weight perception, remains a challenge due to the limitations of grounded forcefeedback devices. In response to this, our research explores the use of wearable and handheld haptic devices designed to convey weight perception in virtual environments. We conducted two studies across different haptic approaches, focusing on the user’s ability to perceive and differentiate virtual object weights. In the first study, we used a wrist-worn device to investigate how stimuli applied solely to the wrist could simulate the sensation of weight. Participants engaged in tasks that required them to discern varying weights of virtual objects in an immersive VR setting. The results demonstrated similarities but also significant differences in the accuracy of weight perception, which varied depending on object weight and grip position. In the second study, we introduced a handheld device that uses an innovative mass-shifting mechanism to generate torque at the wrist, mimicking the sensation of weight through the exploitation of gravity. Participants were tasked with two activities: organizing cubes by weight and adjusting virtual bars to match a reference weight. The study revealed that users could distinguish between different weights with increasing accuracy as the weight difference grew. Additionally, we found significant differences in response time and precision when comparing lighter and heavier objects. Finally, we compare the results of the two studies. From a broader view, they highlight the critical role that haptic feedback plays in weight perception within virtual environments. The findings demonstrate that portable haptic devices can effectively convey weight variations, enhancing the user’s ability to perceive and discriminate between different virtual object weights. This research contributes to advancing more accessible and immersive VR experiences by improving the accuracy of weight perception through haptic feedback.application/pdfengRealidade virtualDispositivo hápticoAmbiente imersivoVisualização interativaAmbiente virtualWeight perceptionHapticsUser studyCharacterizing weight perception in VR with ungrounded haptic devices : a study of wrist strain and wrist torque through force-feedback and pendular actuationCaracterizando a percepção de peso em RV com dispositivos hápticos não ancorados : um estudo sobre o retorno tensional e de torque no pulso por meio de feedback de força e atuação pendularinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisUniversidade Federal do Rio Grande do SulInstituto de InformáticaPrograma de Pós-Graduação em ComputaçãoPorto Alegre, BR-RS2024mestradoinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFRGSinstname:Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS)instacron:UFRGSTEXT001244623.pdf.txt001244623.pdf.txtExtracted Texttext/plain166631http://www.lume.ufrgs.br/bitstream/10183/289203/2/001244623.pdf.txt4af23351c8b24fc1b906b627ae8d36f0MD52ORIGINAL001244623.pdfTexto completo (inglês)application/pdf15201921http://www.lume.ufrgs.br/bitstream/10183/289203/1/001244623.pdf2d59da5653bad83327fd1064c288cfe9MD5110183/2892032025-12-21 07:55:34.53781oai:www.lume.ufrgs.br:10183/289203Biblioteca Digital de Teses e Dissertaçõeshttps://lume.ufrgs.br/handle/10183/2PUBhttps://lume.ufrgs.br/oai/requestlume@ufrgs.br || lume@ufrgs.bropendoar:18532025-12-21T09:55:34Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFRGS - Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS)false
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