Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10216/110257
Author(s): Cristiano Ramos Carvalheiro
Title: Direct Haptics in MASSIVE's Virtual Reality experiences
Issue Date: 2016-02-22
Abstract: Virtual Reality (VR) is around since early on the last century, although the applications were simple or did not work very well due to several hardware limitations. However, lots of new technologies and techniques have been researched and developed since then. In the last decade, due to the significant evolution of the hardware and software, a new rise of interest in VR has been experienced. Nowadays, there are several companies researching and developing devices dedicated to virtual reality experiences.While devices that cover our visual and auditory senses are relatively well developed, hardware that focuses on the remaining three senses (haptic, olfatory and gustatory) is in its childhood. Only recently, there has been a rise of interest in researching technologies that provide solutions to handle those senses.Over the years there have been different approaches to solve the problem of providing haptic feedback from virtual objects. These attempts were mostly based on devices like gloves or surfaces that resorted at different stimulation techniques in order to provide the user with the sense of touch as well as to limit his hand or fingers movement.These devices, however, face significant limitations, as the current understading of the human haptic perception is quite limited. Hence, the need for alternatives to these devices is identified. The same way, there is a lack of solutions capable of providing haptic feedback to the users in a transparent way when they touch virtual objects.A different approach were real objects are used to provide haptic feedback to the users has potential to be the solution. Related research confirms that the use of real objects in virtual environments affects positively VR experiences. Therefore, this dissertation addresses those problems by proposing a solution for developing an interaction framework based on direct haptics. Thus, the solution will be capable of redirecting the user to the object that he in-tends to touch and, when in contact with virtual objects, the haptic feedback will be delivered from equivalent real objects, without the user realizing the manipulation or losing his sense of presence.In order to specify this solution, the state of the art section of this document presents a concise history of VR, in order to understand how it might change. Haptic interaction is reviewed, haptic devices are presented as well as the current limitations of these devices. It also describe techniques that exploit conflicts in perceptual clues in order to redirect the user around the VE or to make the user perceive small differences in virtual objects, using always the same real object as haptic feedback source. Methodologies and guidelines for design, development and evaluation of interaction frameworks useful for the implementation phase of the solution are also presented.In this dissertation, a functional prototype based on the proposed framework will be created, serving as a proof of concept for posterior validation of this solution. This solution seems to be a good step into addressing the needs identified and it has the potential to be integrated in MASSIVE project. In addition, as this is a recent field of study, any advances are useful to improve the quality of haptic feedback and the sense of presence in immersive virtual environments.
Description: A realidade virtual existe desde o início do século passado, apesar das aplicações serem simples ou não funcionarem muito bem devido a grandes limitações a nível do hardware. Con-tudo, novas tecnologias e técnicas foram investigadas e desenvolvidas desde então. Na última década, devido a uma grande evolução a nível de hardware e software, houve um crescimento do interesse na realidade virtual. Hoje em dia, existem várias empresas a investigar e desenvolver dispositivos dedicados a experiências de realidade virtual.Enquanto dispositivos que suportam os sentidos visual e auditivo estão relativamente bem desenvolvidos, hardware que suporte os restantes três sentidos (hápticos, olfativo e gustativo) estão ainda na sua infância. Apenas recentemente, houve um surto de interesse na in-vestigação de tecnologias que providenciem soluções para tratar esses sentidos.Ao longo dos anos tem havido diferentes formas de resolver o problema de providenciar feedback háptico a partir de objetos virtuais. A maioria destas tentativas são baseadas em dispositivos como luvas de realidade virtual ou superfícies que assentam em diferentes téc-nicas de estimulação de forma a providenciar ao utilizador a sensação de toque ou limitar o movimento das suas mãos ou dedos.Contudo, estes dispositivos apresentam limitações significativas, uma vez que o atual conhecimento da perceção háptica humana é ainda limitado. Assim, a necessidade de uma alternativa a estes dispositivos é identificada. Da mesma forma, existe uma necessidade de soluções capazes de providenciar feedback háptico aos utilizadores de forma transparente, aquando do toque de objetos virtuais.Uma abordagem diferente onde objetos reais são usados como forma de providenciar feedback háptico aos utilizadores tem o potencial de ser a solução. Investigação relacionada confirma que o uso de objetos reais em ambientes virtuais afeta positivamente as experiências de realidade virtual. Por isso, esta dissertação aborda os problemas propondo o desenvolvimento de uma framework de interação baseada em háptica direta. Desta forma, a solução será capaz de redirecionar o utilizador para o objeto que este pretende tocar e, uma vez em contacto com os objetos virtuais, o feedback háptico será transmitido a partir dos objetos reais equivalentes, sem que o utilizador se aperceba da manipulação ou perca a sua sensação de presença.De forma a especificar esta solução, o estado da arte apresenta uma história concisa da realidade virtual, de forma a perceber como é que poderá mudar. A interação háptica é revista, dispositivos hápticos são apresentados assim como limitações atuais destes dispositivos. Também descreve técnicas que exploram conflitos nas pistas percetuais de forma a redirecionar o utilizador pelo ambiente virtual ou para fazê-lo perceber pequenas diferenças em objetos virtuais usando sempre o mesmo objeto real como fonte de feedback háptico. Metodologias e diretrizes para o design, desenvolvimento e avaliação de frameworks de intera-ção úteis para a fase de implementação da solução são também apresentadas.Nesta dissertação, irá ser criado um protótipo funcional baseado na framework proposta, servindo de prova de conceito para posterior validação desta solução. Esta solução parece ser um bom passo a dar de forma a resolver as necessidades identificadas e, tem o potencial de vir a ser integrada no projeto MASSIVE. Além disso, como se trata de uma área de investigação recente, quaisquer avanços são úteis para melhorar a qualidade do feedback háptico e a sensação de presença em ambientes virtuais imersivos.
Subject: Engenharia electrotécnica, electrónica e informática
Electrical engineering, Electronic engineering, Information engineering
TID identifier : 201300087
URI: http://hdl.handle.net/10216/110257
Document Type: Dissertação
Rights: restrictedAccess
Appears in Collections:FEUP - Dissertação

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