Das haptische Gerät erstellt realistische virtuelle Texturen

Bildnachweis: University of Southern California

Die Technologie hat es uns ermöglicht, bequem von zu Hause aus in eine Welt voller Bilder und Geräusche einzutauchen, aber etwas fehlt: Berührung.

Tastsinn ist ein äußerst wichtiger Teil davon, wie Menschen ihre Realität wahrnehmen. Haptiken oder Geräte, die extrem spezifische Vibrationen erzeugen können, die das Tastgefühl nachahmen können, sind eine Möglichkeit, diesen dritten Sinn zum Leben zu erwecken. Wenn es um Haptik geht, sind Menschen jedoch unglaublich darauf eingestellt, ob sich etwas richtig anfühlt oder nicht, und virtuelle Texturen treffen nicht immer ins Schwarze.

Jetzt haben Forscher der USC Viterbi School of Engineering einen neuen Weg entwickelt, wie Computer mit Hilfe von Menschen diese echte Textur erhalten können.

Das Framework, das als präferenzbasiertes Modell bezeichnet wird, nutzt unsere Fähigkeit, die Details bestimmter Texturen zu unterscheiden, als Werkzeug, um diesen virtuellen Gegenstücken einen gewissen Fokus zu geben.

Die Forschung wurde in veröffentlicht IEEE-Transaktionen zur Haptik von drei USC Viterbi Doktoranden der Informatik, Shihan Lu, Mianlun Zheng und Matthew Fontaine, sowie Stefanos Nikolaidis, USC Viterbi Assistant Professor für Informatik, und Heather Culbertson, USC Viterbi WiSE Gabilan Assistant Professor für Informatik.

„Wir bitten die Benutzer, ihre Gefühle zwischen der realen Textur und der virtuellen Textur zu vergleichen“, erklärte Lu, der Erstautor. „Das Modell aktualisiert dann iterativ eine virtuelle Textur, sodass die virtuelle Textur am Ende mit der realen übereinstimmen kann.“

Laut Fontaine entstand die Idee zum ersten Mal, als sie im Herbst 2019 einen von Culbertson geleiteten Kurs über haptische Schnittstellen und virtuelle Umgebungen teilten. Inspiriert wurden sie dabei von der Kunst-App Picbreeder, die Bilder basierend auf den Vorlieben eines Benutzers immer wieder neu generieren kann, bis das gewünschte Ergebnis erzielt wird.







Informatiker haben eine benutzergesteuerte haptische Forschung entwickelt, die tote Klingeltöne für reale Texturen erzeugen kann. 1 Kredit

„Wir dachten, was wäre, wenn wir das für Texturen machen könnten? erinnert sich Fontaine.

Mit diesem präferenzbasierten Modell erhält der Benutzer zunächst eine reale Textur, und das Modell generiert zufällig drei virtuelle Texturen unter Verwendung von Dutzenden von Variablen, aus denen der Benutzer dann auswählen kann, welche der Realität am ähnlichsten ist. Im Laufe der Zeit passt die Forschung die Verteilung dieser Variablen an, wenn sie sich den Präferenzen des Benutzers annähert. Laut Fontaine hat diese Methode einen Vorteil gegenüber dem Aufnehmen und direkten „Wiedergeben“ von Texturen, weil zwischen dem, was der Computer liest, und dem, was wir fühlen, immer eine Lücke klafft.

“Sie messen die Metriken genau dessen, was sie fühlen, anstatt nur nachzuahmen, was wir registrieren können”, sagte Fontaine. Es wird einen Fehler geben, wie Sie diese Textur gespeichert haben, wie Sie sie wiedergeben.”

Der Benutzer muss lediglich die Textur auswählen, die am besten zu ihm passt, und die Reibungsmenge mit einem einfachen Schieberegler anpassen. Reibung ist entscheidend dafür, wie wir Texturen wahrnehmen, und sie kann von Person zu Person variieren. Es ist „sehr einfach“, sagte Lu.

Ihre Arbeit kommt gerade rechtzeitig für den aufstrebenden Markt spezifischer und präziser virtueller Texturen. Alles, von Videospielen bis hin zu Modedesign, beinhaltet haptische Technologie, und bestehende Datenbanken virtueller Texturen können durch diese Methode der Benutzerpräferenz verbessert werden.

„Haptische Geräte werden in Videospielen, Modedesign und Operationssimulationen immer beliebter“, sagte Lu. „Sogar zu Hause sehen wir allmählich Benutzer mit diesen Geräten (Haptiken), die so beliebt werden wie der Laptop Bei Ego-Videospielen beispielsweise wird es ihnen das Gefühl geben, wirklich mit ihrer Umgebung zu interagieren.”

Lu hat zuvor andere Arbeiten zur immersiven Technologie durchgeführt, aber insbesondere mit Sound, um die virtuelle Textur noch immersiver zu machen, indem entsprechende Sounds eingeführt werden, wenn das Tool damit interagiert.

„Wenn wir über ein Werkzeug mit der Umgebung interagieren, ist taktiles Feedback nur eine Modalität, eine Art von sensorischem Feedback“, sagte Lu. „Audio ist eine andere Art von sensorischem Feedback, und beide sind sehr wichtig.“

Das Textursuchmodell ermöglicht es auch jemandem, eine virtuelle Textur aus einer Datenbank wie dem Haptic Texture Toolkit der University of Pennsylvania zu ziehen und sie zu verfeinern, bis das gewünschte Ergebnis erzielt wird.

„Sie können die vorherigen virtuellen Texturen verwenden, die andere recherchiert haben, und sie dann basierend darauf weiter optimieren”, sagte Lu. „Sie müssen nicht jedes Mal von Grund auf neu suchen.”

Dies ist besonders nützlich für virtuelle Texturen, die in der zahnärztlichen oder chirurgischen Ausbildung verwendet werden, die laut Lu äußerst präzise sein müssen.

„Das chirurgische Training ist definitiv ein riesiges Feld, das sehr realistische Texturen und taktiles Feedback erfordert“, sagte Lu.

In Zukunft werden für das Modell möglicherweise nicht einmal Texturen benötigt, erklärte Lu. Manche Dinge in unserem Leben fühlen sich so intuitiv an, dass wir eine Textur so verfeinern können, dass sie zu dieser Erinnerung passt. ohne die echte Referenztextur vor uns zu haben.

„Wenn wir einen Tisch sehen, können wir uns vorstellen, wie sich der Tisch anfühlen wird, wenn wir ihn berühren“, sagte Lu. „Mit diesem Vorwissen, das wir über die Oberfläche haben, können Sie den Benutzern einfach visuelles Feedback geben, und das ermöglicht ihnen, eine Auswahl zu treffen was passt.”


Verbesserte Touchscreens könnten es Benutzern ermöglichen, Objekte zu “fühlen”.


Mehr Informationen:
Shihan Lu et al, Präferenzbasierte Texturmodellierung durch interaktive Generierung und Suche, IEEE-Transaktionen zur Haptik (2022). DOI: 10.1109/TOH.2022.3173935

Bereitgestellt von der University of Southern California

Zitieren: Haptisches Gerät erstellt realistische virtuelle Texturen (2022, 21. Mai) Abgerufen am 22. Mai 2022 von https://techxplore.com/news/2022-05-haptics-device-realistic-virtual-textures.html

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