Robotics and Biology Laboratory

Multimodal human computer interaction in virtual realities based on an exoskeleton

Ingo Kossyk

Titel: Multimodal Human Computer Interaction in Virtual Realities Based on an Exoskeleton

Zusammenfassung:

Das Thema dieser Arbeit ist das Konzept des Entwurfs und der Evaluierung einer leichtgewichtigen tragbaren haptischen Schnittstelle, die in der Lage ist, Kräfte auf die rechte Hand und den Arm ihres Benutzers auszuüben. Es werden die Grundlagen für die Realisierung eines Prototyps einer tragbaren haptischen Schnittstelle vorgestellt. Es wurde untersucht, ob die inhärent begrenzten mechanischen Eigenschaften des Geräts, wie z.B. die mechanische Steifigkeit, Defizite in der Qualität der haptischen Interaktion mit sich bringen. Die Benutzerfreundlichkeit und die Akzeptanz des Geräts durch die Nutzer ist ein weiteres Hauptthema, das untersucht wird. Es wurde ein Virtual-Reality-Framework entwickelt, um eine immersive und multimodale virtuelle Testumgebung zu realisieren, mit der untersucht werden kann, wie eine tragbare haptische Schnittstelle richtig gestaltet und gesteuert werden muss. Das Framework bietet dem Benutzer ein visuelles, akustisches und haptisches 3D-Feedback. Es wird eine Methode erläutert, wie ein haptischer Renderer modifiziert werden muss, um haptisches Feedback in beliebig großen und geometrisch komplexen Umgebungen zu realisieren. Da sich der Benutzer und die Schallquellen frei in der Umgebung bewegen können, ist ein herkömmliches stereophones Audio-Feedback nicht ausreichend. Daher wurde ein 3D-Soundfield-Synthese-System entwickelt, das es dem Benutzer ermöglicht, Schallquellen in der dreidimensionalen virtuellen Umgebung zu lokalisieren. Die verwendeten Methoden werden in dieser Arbeit vorgestellt und ihre Leistungsfähigkeit bewertet. Die Arbeit beinhaltet eine Evaluation in Form einer statistischen Untersuchung der Usability, die mit 18 Teilnehmern durchgeführt wurde. Anhand der Ergebnisse dieser Studie wird überlegt, ob es möglich ist, die begrenzte Steifigkeit des Gerätes durch verschiedene Modalitäten zu kompensieren. Die Auswirkung der Umlenkung von Kräften auf den Körper des Benutzers auf die Benutzerfreundlichkeit ist ein weiteres Hauptthema, das untersucht wird.