[논문 리뷰] Interpretation of Tactile Sensation using an Anthropomorphic Finger Motion Interface to Operate a Virtual Avatar

Yusuke Ujitoko, Koichi Hirota|arXiv (Cornell University)|2014. 01. 01.

Virtual Reality Applications and Impacts참고 문헌 26인용 수 3

한 줄 요약

이 연구는 사용자가 손가락으로 다리 움직임을 모방할 때, 첫인성 시각적 시점, 운동감각 피드백, 손가락 움직임을 동기화함으로써 손가락에 가해지는 촉각 피드백이 가상의 비가시 아바타의 발바닥에서 유래된 것처럼 인지될 수 있음을 보여준다. 이로 인해 사용자는 아바타의 다리에 대한 환상적인 소유감을 느끼며, 촉각적 질감의 거칠기 정도가 아바타의 발 크기 비례로 조절되어, 손가락이 보행 인터페이스에서 다리의 기능을 효과적으로 대체할 수 있다.

ABSTRACT

The objective of the system presented in this paper is to give users tactile feedback while walking in a virtual world through an anthropomorphic finger motion interface. We determined that the synchrony between the first person perspective and proprioceptive information together with the motor activity of the user's fingers are able to induce an illusionary feeling that is equivalent to the sense of ownership of the invisible avatar's legs. Under this condition, the perception of the ground under the virtual avatar's foot is felt through the user's fingertip. The experiments indicated that using our method the scale of the tactile perception of the texture roughness was extended and that the enlargement ratio was proportional to the avatar's body (foot) size. In order to display the target tactile perception to the users, we have to control only the virtual avatar's body (foot) size and the roughness of the tactile texture. Our results suggest that in terms of tactile perception fingers can be a replacement for legs in locomotion interfaces.

연구 동기 및 목표

• 손가락 움직임으로부터의 동기화된 시각적 피드백, 운동감각 피드백, 운동 피드백을 통해 사용자가 비가시 가상 아바타의 다리에 대해 환상적인 소유감을 느낄 수 있는지 조사하기 위해.
• 손가락 끝에 가해지는 촉각 감각이 아바타의 발바닥에서 유래된 것처럼 인지될 수 있는지 탐색하기 위해.
• 손가락과 다리 사이의 척도 차이가 가상 환경에서 촉각 인식에 미치는 영향을 규명하기 위해.
• 아바타의 발 크기와 질감의 거칠기만 조절하는 것이 목표 촉각 인식을 효과적으로 재현할 수 있는지 평가하기 위해.

제안 방법

• 손가락 움직임을 가상 아바타의 이동으로 매핑하기 위한 인간형 손가락 운동(Anthropomorphic Finger Motion, AFM) 인터페이스를 개발하였다.
• 사용자는 가상 아바타의 제1인칭 시점 시각을 보면서 손가락을 이용해 걷기 유사한 동작을 수행하였다.
• 촉각 피드백은 사용자의 손가락 끝 아래에 놓인 질감 있는 보드를 통해 제공되어 지면 접촉을 시뮬레이션하였다.
• 시스템은 시각적 시점, 손가락 운동에 기반한 운동감각 피드백, 촉각 자극을 동기화하여 환상적 몸체 소유감을 유도하였다.
• 아바타 신체 크기를 조건 간에 변화시켜 척도 효과를 시험하기 위해 표준 크기의 2/3배와 1.5배로 조작하였다.
• 참가자들은 손가락에 느끼는 질감 크기를 기준 질감과 비교하여, 가상 아바타의 발에 느껴지는 거칠기 정도와 일치하는 재료를 선택하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 손가락 움직임으로부터의 동기화된 시각적 피드백, 운동감각 피드백, 운동 피드백이 비가시 가상 아바타의 다리에 대한 환상적 소유감을 유도할 수 있는가?
• RQ2 손가락 끝에 가해지는 촉각 감각이 아바타의 발바닥에서 유래된 것처럼 인지될 수 있는가?
• RQ3 손가락과 다리 사이의 척도 차이가 가상 환경에서 질감의 거칠기 인식에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 가상 아바타의 발 크기에 비례해 질감의 인식된 크기가 조절되는가?

주요 결과

• 손가락 운동이 제1인칭 시점과 운동감각 피드백과 동기화되었을 때, 참가자들은 비가시 가상 아바타의 다리에 대해 강한 환상적 소유감을 보고하였다.
• 촉각적 질감의 거칠기 인식은 아바타의 발 크기 비례로 크게 조정되었다: 더 큰 아바타일수록 더 거친 질감으로 인식되었고, 더 작은 아바타일수록 더 미세한 질감으로 인식되었다.
• 2/3 크기 조건에서는 동일한 인지된 거칠기 수준을 위해 참가자들이 더 큰 질감 재료를 선택하였다(p < 0.05), 이는 인지적 척도 조정이 이루어졌음을 시사한다.
• 1.5배 크기 조건에서는 참가자들이 더 작은 질감 재료를 선택하였다(p < 0.01), 이는 인지된 거칠기가 아바타 크기에 비례하여 조정된다는 것을 확인한다.
• 더 큰 아바타일 경우 환상적 소유감과 인지적 척도 조정이 더 일관되고 정확하게 나타났으며, 이는 척도가 큰 조건에서 더 나은 인지적 캘리브레이션을 의미한다.
• 결과적으로, 아바타의 발 크기와 질감의 거칠기 두 가지 매개변수만으로도 목표 촉각 인식을 효과적으로 제어하고 재현할 수 있음을 확인하였다.