Tactile rendering of digital buttons and shapes on touchscreens using novel surface haptics technologies
Yeni yüzey dokunsal geribildirim teknolojilerini kullanarak dokunmatik ekranlarda dijital düğmelerin ve şekillerin dokunsal oluşturulması
- Tez No: 703498
- Danışmanlar: PROF. DR. ÇAĞATAY BAŞDOĞAN, DOÇ. DR. TEVFİK METİN SEZGİN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrol, Bilim ve Teknoloji, Mühendislik Bilimleri, Computer Engineering and Computer Science and Control, Science and Technology, Engineering Sciences
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2021
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Koç Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Hesaplamalı Bilimler ve Mühendislik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 113
Özet
Dokunmatik ekranlar, cep telefonları, ATM'ler, tabletler, otomatlar ve araç navigasyon sistemleri gibi günlük hayatımızın her alanına entegre edilmiştir. Bu ekranlar, dokunsal geri bildirim içermeyen veya sınırlı dokunsal geri bildirim ile dokunmatik etkileşimler için sezgisel bir arayüz sağlar. Sonuç olarak, göz olmadan etkileşim neredeyse imkansızdır ve kullanıcıların bir görevi gerçekleştirmek için görsel ve sesli geri bildirime güvenmeleri gerekir, bu da kullanıcıların performansını ve deneyimini azaltır. Bununla birlikte, yüzey haptik teknolojilerindeki son gelişmelerle, artık dokunmatik ekranlarda karmaşık dokunsal efektler oluşturmak ve daha sofistike dokunsal geri bildirim görüntüleyerek kullanıcı etkileşimlerini geliştirmek mümkün hale geliyor. Bu tezin genel amacı, yeni yüzey haptikleri teknolojileri kullanılarak dokunmatik ekranlarda gerçekçi dokunsal düğmelerin ve şekillerin nasıl oluşturulacağını anlamaktır. Bu bağlamda, tezin ilk kısmı, ekrana bağlı piezo aktüatörleri kullanarak fiziksel düğmelerin hissini simüle eden bir dokunmatik ekran üzerinde vibrotaktil geri bildirim oluşturmaya odaklanmaktadır. Bu amaçla, önce üç farklı fiziksel düğmeyle etkileşime giren on iki katılımcının kuvvet, ivme ve voltaj verilerini kaydettik ve analiz ettik: mandal, geçiş ve basma düğmeleri. Daha sonra, kaydedilen verilere dayalı olarak her düğme için düğmeye özel bir titreşimli uyaran üretildi. Sonuçlarımız, katılımcıların üç dijital düğmeyi %83'lük bir başarı oranıyla fiziksel benzerleriyle eşleştirebildiklerini gösterdi. Ek olarak, katılımcılar bu çalışmada incelenen tüm fiziksel ve dijital düğmeler için yedi sıfat çifti kullanarak öznel duygularının derecesini derecelendirdiler. Sonuçlarımız, katılımcıların üç dijital düğmeden ikisini fiziksel karşılıklarına benzer şekilde derecelendirdiği en az üç sıfat çifti olduğunu gösterdi. İkinci bölümde, dokunmatik ekranda elektrovibrasyon kullanarak, üç farklı dokunsal göreselleştirme yöntemi ile (iç, dış, kenar) oluşturulan ve prototip ve prototip olmayan yönlerde görüntülenen beş dokunsal şeklin (yani üçgen, kare, beşgen, altıgen ve sekizgen) tanıma oranı ve süresi araştırıldı. Sonuçlar, haptik olarak aktif alan (elektrotitreşimin açık olduğu alan) daha büyük olduğunda şekillerin doğru tanıma oranının daha yüksek olduğunu gösterdi. Bununla birlikte, kenar sayısı arttıkça, tanıma süresi arttı ve tanıma oranı önemli ölçüde düştü, örenğin prototip olmayan sekizgen için %20 şans oranından biraz daha yüksek bir değere ulaştı. Ayrıca, iç görselleştirme koşulu için tanıma süresi, kenar ve dış görselleştirme koşullarına kıyasla önemli ölçüde daha kısaydı ve kenar görselleştirme koşulu, en uzun tanıma süresine yol açtı. Dokunsal keşif stratejileri analizlerimiz, katılımcıların önce görüntülenen şekillerin kaba özelliklerini çıkarmak için global taramayı kullandıklarını ve daha sonra daha ince ayrıntıları belirlemek için yerel tarama uyguladıklarını, ancak prototip olmayan şekiller durumunda nihai onay için başka bir global taramaya ihtiyaç duyduklarını ortaya koydu. Keşif için tek bir parmak kullanıldığında, elektrovibrasyon altında şekillerin kenarlarını takip etmenin ve beşten fazla kenarı olan şekilleri tanımanın oldukça zor olduğunu gözlemledik. Bu çalışmaların sonuçları, dokunmatik ekranlarda dijital düğmelerin ve şekillerin gerçekçi bir şekilde oluşturulması için daha zengin dokunsal uyaranların gerekli olduğunu göstermektedir. Örneğin, düğmelerin oluşturulmasında kinestetik geribildirimin olmaması ve şekillerin oluşturulmasında dokunsal geribildirimin sadece teğetsel yönde olması, çalışmamızdaki katılımcıların algısını olumsuz etkilemiştir. Bu bulgular, dokunmatik ekranlardaki grafik öğelerle verimli ve etkili dokunsal etkileşim için teknikler geliştirmede dokunsal arayüz tasarımcılarına rehberlik edebilir.
Özet (Çeviri)
Touchscreens are integrated in every aspect of our daily life as mobile phones, ATMs, tablets, vending machines, and car navigation systems. These screens provide an intuitive interface for touch interactions with no or limited haptic feedback. As a result, eye-free interaction is nearly impossible and users have to rely on visual and audio feedback to perform a task, which reduces the users' performance and experience. However, with the recent advances in surface haptics technologies, it is now becoming possible to generate complex tactile effects on touchscreens and enhance the user interactions by displaying more sophisticated haptic feedback. The overall goal of this thesis is to understand how to render realistic tactile buttons and shapes on touchscreens using novel surface haptics technologies. In this regard, the first part of the thesis focuses on creating vibrotactile feedback on a touchscreen that simulates the feeling of physical buttons using piezo actuators attached to the screen. For that purpose, we first recorded and analyzed the force, acceleration, and voltage data from twelve participants interacting with three different physical buttons: latch, toggle, and push buttons. Then, a button-specific vibrotactile stimulus was generated for each button based on the recorded data. Our results showed that participants were able to match the three digital buttons with their physical counterparts with a success rate of 83%. In addition, participants rated the degree of their subjective feelings using seven adjective pairs for all the physical and digital buttons investigated in this study. Our results showed that there exist at least three adjective pairs for which participants have rated two out of three digital buttons similar to their physical counterparts. In the second part, we investigated the recognition rate and time of five tactile shapes (i.e., triangle, square, pentagon, hexagon, and octagon) rendered by electrovibration on a touchscreen using three different methods and displayed in prototypical orientations and non-prototypical orientations (i.e., 15 degrees CW and CCW to the prototypical orientation). The results showed that the correct recognition rate of the shapes was higher when the haptically active area (area where electrovibration was on) was larger. However, as the number of edges increased, the recognition time increased and the recognition rate dropped significantly, arriving to a value slightly higher than the chance rate of 20% for non-prototypical octagon. Moreover, the recognition time for inside rendering condition was significantly shorter as compared to edge and outside rendering conditions and edge rendering condition led to the longest recognition time. Our analyses of exploration strategies revealed that participants first used global scanning to extract the coarse features of the displayed shapes, and then they applied local scanning to identify finer details, but needed another global scan for final confirmation in the case of non-prototypical shapes. We also observed that it was highly difficult to follow the edges of shapes and recognize shapes with more than five edges under electrovibration when a single finger was used for exploration. The results of these studies show that richer haptic stimuli is necessary for realistic rendering of digital buttons and shapes on touchscreens. For example, lack of kinesthetic feedback in rendering buttons and displaying haptic feedback in tangential direction only in rendering shapes adversely affected the perception of the participants in our study. These results are considered as a starting point for the development of tactile stimuli, haptically improved user interfaces, and touchscreen applications. These findings can also provide some guidance to haptic interface designers in developing techniques for efficient and effective interaction with graphical elements on touchscreens.
Benzer Tezler
- Haptic rendering of textures on touch surface using ultrasonic actuation
Sanal dokuların ultrasonik eyleme tekniği ile titretilen bir ekranda dokunsal görüntülenmesi
MUHAMMAD KHURRAM SALEEM
Doktora
İngilizce
2019
Makine MühendisliğiKoç ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Prof. Dr. ÇAĞATAY BAŞDOĞAN
- Step-change in friction under electrovibration
Elektrotitreşim yoluyla kademeli sürtünme değişimi
İDİL ÖZDAMAR
Yüksek Lisans
İngilizce
2020
BiyoteknolojiKoç ÜniversitesiBiyomedikal Bilimler ve Mühendislik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÇAĞATAY BAŞDOĞAN
- Creating multi-touch haptic feedback on an electrostatictactile display
Elektrostatik bir dokunmatik ekranda çoklu dokunsal geribesleme oluşturulması
GHOLAMREZA ILKHANISARKANDI
Doktora
İngilizce
2017
Mekatronik MühendisliğiBoğaziçi ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. EVREN SAMUR
- Tactile perception by electrovibration
Elektrotitreşim ile dokunma algısı
YASEMİN VARDAR
Doktora
İngilizce
2018
Bilim ve TeknolojiKoç ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÇAĞATAY BAŞDOĞAN
PROF. DR. BURAK GÜÇLÜ
- Control of virtual staubli RX160 manipulator by phantom premium haptic device
Sanal staublı RX160 manipülatörün phantom premıum haptıc cihaz ile kontrolü
AYKUT GÖREN
Yüksek Lisans
İngilizce
2014
Mekatronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ZEKİ YAĞIZ BAYRAKTAROĞLU