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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 unglaublich 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. Was die Haptik angeht, sind Menschen jedoch unglaublich genau darin, ob sich etwas richtig anfühlt oder nicht, und virtuelle Texturen treffen nicht immer ins Schwarze.

Jetzt haben Forscher der USC Viterbi School of Engineering eine neue Methode für Computer entwickelt, um dies zu erreichen Textur– Mit Hilfe von Menschen.

Das Framework wird als präferenzgesteuertes Modell bezeichnet und nutzt unsere Fähigkeit, zwischen den Details bestimmter Texturen zu unterscheiden, als Werkzeug, um diesen virtuellen Gegenstücken eine Feinabstimmung zu geben.

Die Studie wurde veröffentlicht in IEEE-Transaktionen zur Haptik von drei USC Viterbi Ph.D. Studenten der Informatik, Shihan Lu, Mianlun Zheng und Matthew Fontaine, sowie Stefanos Nikolaidis, USC Viterbi Assistenzprofessor für Informatik und Heather Culbertson, USC Viterbi WiSE Gabilan Assistenzprofessorin für Informatik.

„Wir bitten die Benutzer, ihr Gefühl 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 Haptic Interfaces and Virtual Environments teilten. Sie ließen sich von der Kunstanwendung Picbreeder inspirieren, die Bilder basierend auf den Vorlieben eines Benutzers immer wieder erzeugen kann, bis das gewünschte Ergebnis erreicht ist.

Informatiker haben eine benutzergesteuerte haptische Suche entwickelt, die tote Signale für reale Texturen erzeugen kann. Bildnachweis: Shihan Lu

“Wir dachten, was wäre, wenn wir das für Texturen tun könnten?” erinnert sich Fontaine.

Mit diesem präferenzgesteuerten Modell erhält der Benutzer zunächst eine reale Textur, und das Modell generiert zufällig drei virtuelle Texturen mit Dutzenden von Variablen, aus denen der Benutzer dann diejenige auswählen kann, die sich der Realität am ähnlichsten anfühlt. Im Laufe der Zeit passt die Suche ihre Verteilung dieser Variablen an, je näher sie den Präferenzen des Benutzers kommt. Laut Fontaine hat diese Methode einen Vorteil gegenüber der direkten Aufnahme und dem „Wiedergeben“ von Texturen, da zwischen dem, was der Computer liest, und dem, was wir fühlen, immer eine Lücke besteht.

“Sie messen Parameter, wie sie es genau empfinden, anstatt nur nachzuahmen, was wir aufzeichnen können”, sagte Fontaine. Es wird einen Fehler geben, wie Sie diese Textur aufgenommen haben und wie Sie sie wiedergeben.

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

Ihre Arbeit kommt gerade rechtzeitig für die Schwellenländer für spezifische, genaue virtuelle Texturen. Alles von Videospielen bis Mode-Design integriert haptische Technologie, und die bestehenden Datenbanken virtueller Texturen können durch diese Benutzerpräferenzmethode verbessert werden.

„Haptische Geräte werden in Videospielen, Modedesign und Operationssimulationen immer beliebter“, sagte Lu. “Sogar zu Hause sehen wir Benutzer mit diesen (haptischen) Geräten, die so beliebt wie der Laptop werden. Zum Beispiel werden sie bei Videospielen aus der Ego-Perspektive das Gefühl haben, wirklich mit ihrem zu interagieren Umgebung. “

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

„Wenn wir über ein Tool mit der Umgebung interagieren, taktile Rückmeldung ist 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 zu entnehmen, wie dem Haptic Texture Toolkit der University of Pennsylvania, und sie zu verfeinern, bis er das gewünschte Ergebnis erhält.

„Sie können die vorherigen virtuellen Texturen verwenden, die von anderen gesucht wurden, und dann können Sie sie basierend auf diesen weiter optimieren“, sagte Lu. “Sie müssen nicht jedes Mal von Grund auf neu suchen.”

Dies ist besonders praktisch für virtuelle Texturen, die in der Ausbildung für Zahnmedizin oder Chirurgie verwendet werden und laut Lu extrem genau sein müssen.

„Das chirurgische Training ist definitiv ein riesiger Bereich, der sehr realistische Texturen und taktiles Feedback erfordert“, sagte Lu. „Modedesign erfordert auch viel Präzision in der Textur in der Entwicklung, bevor sie es herstellen.“

In Zukunft werden möglicherweise nicht einmal echte Texturen für das Modell benötigt, erklärte Lu. Die Art und Weise, wie sich bestimmte Dinge in unserem Leben anfühlen, ist so intuitiv, dass wir die Feinabstimmung einer Textur, die zu dieser Erinnerung passt, von Natur aus tun können, indem wir einfach ein Foto betrachten, ohne die echte Textur als Referenz vor uns zu haben.

„Wenn wir einen Tisch sehen, können wir uns vorstellen, wie sich der Tisch anfühlt, wenn wir ihn berühren“, sagte Lu. „Benutze das vorherige Kenntniss wir von der Oberfläche haben, können Sie den Benutzern einfach visuelles Feedback geben, und sie können auswählen, was zu ihnen passt.


Verbesserte Berührungsbildschirme könnten es Benutzern ermöglichen, Objekte zu „fühlen“.


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

Zur Verfügung gestellt von
Universität von Südkalifornien

Zitat: Haptics-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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