Hasso-Plattner-Institut
Hasso-Plattner-Institut
  
Login
 

Lung-Pan Cheng

Human Actuation

Seit der Konzeption des Virtual-Reality-Headsets im Jahr 1968 argumentieren Forscher, der nächste Schritt in der virtuellen Realität ist nicht nur zu sehen und zu hören, sondern in virtuelle Welten auch fühlen zu können. Ein Ansatz solch haptisches Feedback zu geben ist die Verwendung mechanischer Ausrüstung, etwa Roboterarme, Exoskelette und Bewegungsplattformen. Jedoch sind die Größe und das Gewicht solcher Ausrüstung proportional zur Größe und Gewicht der Person, d. h. haptisches Feedback für einen Menschen erfordert Ausrüstung mit Größe und Gewicht eines Menschen. Dieses Ausmaß an Gerätschaften ist oft limitiert auf Arkaden oder Laborumgebungen.

Der Schlüsselgedanke dieser Dissertation besteht darin, mechanische Geräte zu umngehen und stattdessen menschliche Muskelkraft zu nutzen. Wir erstellen Softwaresystem, die Menschen bei mechanischen Arbeiten orchestrieren, um anderen Menschen haptisches Feedback zu geben. Dies nennen wir „Human Actuation" - menschliche Aktuierung. Ein möglicher VorteiI solcher Systeme ist es, dass Menschen generischer, flexibler und vielseitiger sind als gängige mechanische Ausrüstung. Dies bringt eine neue Bandbreite von haptischen Feedbackmöglichkeiten in moderne Virtual-Reality-Systeme.
Wir beginnen mit einem Proof-of-Concept-System - Haptic Turk, mit Schwerpunkt auf die Bewegungserlebnisse, die eine solche menschliche Bewegungsplattform liefert. Alle Haptic Turk Konfigurationen bestehen aus einem Nutzer, sowie einem oder mehreren Menschen, die den Nutzer unterstützen, den Aktuatoren. Der Nutzer genießt eine interaktive Bewegungssimulation wie zum Beispiel die Simulation eines Hängegleiters, jedoch wird die Bewegung von Menschen erzeugt, die die Gliedmaßen des Benutzers manuell heben, kippen und drücken. Um das Timing einzuhalten, folgen Sie den Anweisungen des Systems. Ein aus Rhythmusspielen bekanntes Format wird dabei dynamisch von dem System erzeugt.

Als nächstes erweitern wir das Konzept von „Human Actuation" um 3-DoF auf 6-DoF Virtual Reality. Das heißt, Nutzer haben nun die Freiheit in der virtuellen Welt umherzugehen. TurkDeck löst dieses Problem, indem es eine Gruppe menschlicher Aktuatoren orchestriert, die eine Reihe von Requisiten rekonfigurieren, die der Nutzer fühlen kann, während er sich in der virtuellen Umgebung fortbewegt. TurkDeck plant die Positionierung der Menschen und weist sie zur richtigen Zeit an, die Requisiten an den richtigen Ort zu stellen. TurkDeck erreicht dies mit Hilfe von Laserprojektion und einer Anweisung gebender synthetischen Stimme.

Unsere Studien zu Haptic Turk und TurkDeck zeigen, dass menschliche Aktuatoren ihre Erfahrung zwar genießen, jedoch in dem Ausmaß wie der Nutzer selbst. Um menschliche Aktuatoren mehr einzubeziehen macht Mutual Turk aus jedem Aktuator einen Nutzer, d.h. mehrere Nutzer geben sich gegenseitig haptisches Feedback. Die Hauptfunktion von Mutual Turk besteht darin, dass es seine Nutzer so orchestriert, dass sie die richtigen Requisiten im richtigen Moment und im richtigen Ausmaß betätigen, um so das richtige Feedback in der Erfahrung des Anderen zu erzeugen.

Schlussendlich eliminieren wir die Notwendigkeit anderer Nutzer gänzlich und ermöglichen Erfahrungen für Einzelnutzer. iTurk lässt seinen Nutzer passive Requisiten neu konfigurieren und animieren. Dadurch kann iTurk virtuelle Welten mit stetig wechselnden Möglichkeiten bereitstellen oder sogar haptische Effekte generieren, obwohl jede Bewegung im System vom Nutzer selbst ausgelöst wird. Unsere Demo­ Applikation verfügt über je ein Beispiel der von iTurk ermöglichten zwei Haupttypen von Requisiten - rekonfigurierbare Requisiten (eine faltbare Tafel aus TurkDeck) und animierter Requisiten (ein Pendel).

Wir schließen die Dissertation mit Verweisen auf mögliche Forschungsrichtungen, ab, die sich durch die präsentierten Systeme ergeben. Wir diskutieren „Human Actuation" sowohl im Vergleich zu herkömmlichen mechanischen Geräten, aber auch in der Kombination, da sich mechanische Geräte und Menschen gegenseitig ergänzen können. Zudem erkunden wir mögliche Interaktionsmodelle, die sich durch das Einbeziehen von menschlichen Aktuatoren ergeben.