Model of interaction in immersive simulation environments by integrating the senses of sight and touch

186 p.[ES] Los dispositivos hápticos permiten percibir mediante el sentido del tacto propiedades de objetos virtuales. En base al tipo de realimentación que ofrecen se pueden diferenciar entre dispositivos táctiles o dispositivos de realimentación de fuerzas. Los de realimentación de fuerzas son los considerados más realistas ya que responden a la interacción que el usuario realiza con el sistema y transmiten propiedades de los objetos como su forma geométrica, dureza y peso. Para ofrecer esta realimentación deben contar con enlaces mecánicos capaces de actuar sobre el efector final que manipula el usuario. Estas uniones mecánicas suponen la principal limitación de estos dispositivos, ya que el espacio de trabajo disponible se encuentra siempre limitado por las dimensiones físicas de los brazos. Esta limitación hace que sean necesarias técnicas de interacción que permitan utilizar estos dispositivos para interaccionar hápticamente con escenas de dimensiones mayores a las de su espacio de trabajo. La revisión de la literatura llevada a cabo identifica varias técnicas específicamente diseñadas para abordar esta limitación. Sin embargo, la revisión también evidencia que ninguna de ellas permite una integración sencilla de estos dispositivos en experiencias de realidad virtual y que los usos que se han hecho de los dispositivos hápticos en estos entornos inmersivos han contado con una interacción limitada al no aplicar técnicas específicas. Para dar solución al problema identificado se ha desarrollado un primer modelo de interacción denominado zoom háptico que aborda el problema del espacio de trabajo limitado de los dispositivos hápticos de realimentación de fuerzas de escritorio. Este modelo permite, mediante un mapeado continuo del espacio de trabajo del dispositivo y del área que visualiza el usuario, tanto desplazarse por toda la escena con libertad de movimiento como centrarse en un área de interés realizando una serie de ampliaciones visuales y hápticas. Los resultados de la evaluación realizada comparando la nueva técnica con técnicas clásicasmuestran que la nueva técnica es tan fácil de utilizar como el mapeado directo y que ofrece tanta precisión como el clutching. Se ha desarrollado un segundo modelo de interacción centrado en permitir el uso de los dispositivos hápticos de realimentación de fuerzas de escritorio como principales mecanismos de interacción en experiencias de realidad virtual. Este nuevo modelo se denomina realidad háptica y su funcionamiento se basa en definir una representación virtual del espacio de trabajo del dispositivo llamada área de acción. La técnica permite la interacción háptica con los elementos que se encuentren dentro del área de acción y, para dotar al usuario de mayor precisión, integra la técnica zoom háptico que permite modificar el tamaño del área de acción. Para poder interaccionar con los objetos fuera del área de acción, el modelo contempla un modo recolocación que permite reposicionar dicha área en cualquier lugar de la escena. Esta técnica se ha implementado en el simulador médico ParaVR y este ha sido probado por un conjunto de paramédicos de servicio de emergencias Wales Ambulance Service NHS Trust, los cuales valoraron positivamente tanto el simulador como la técnica. La evaluación formal de la técnica realidad háptica se ha llevado a cabo en una comparativa con la técnica de la burbuja y los resultados han mostrado que la nueva técnica es superior a la de la burbuja en varios aspectos, colocándola como la técnica de referencia a la hora de integrar los dispositivos hápticos de realimentación de fuerzas de escritorio en experiencias inmersivas de realidad virtual.[EN] Haptic devices make it possible to perceive properties of virtual objects by means of the sense of touch. Based on the type of feedback they provide, a distinction can be made between haptic devices and force-feedback devices. Force feedback devices are considered the most realistic since they respond to the user’s interaction with the system and transmit object properties such as geometric shape, hardness and weight. To provide this feedback they must have mechanical links capable of acting on the end effector manipulated by the user. These mechanical links are the main limitation of these devices, since the available working space is always limited by the physical dimensions of the arms. This limitation makes necessary interaction techniques that allow the use of these devices to interact haptically with scenes of larger dimensions than those of their workspace. The literature review conducted identifies several techniques specifically designed to address this limitation. However, the review also evidences that none of them allow for easy integration of these devices into virtual reality experiences and that the uses that have been made of haptic devices in these immersive environments have featured limited interaction by not applying specific techniques. To provide a solution to the identified problem, a first interaction model called haptic zoom has been developed that addresses the problem of the limited workspace of forcefeedback desktop haptic devices. This model allows, through a continuous mapping of the device’s workspace and the area viewed by the user, both to move freely throughout the scene and to focus on an area of interest by performing a series of visual and haptic zooms. The results of the evaluation performed comparing the new technique with classical techniques shows that the new technique is as easy to use as direct mapping and offers as much accuracy as clutching. A second interaction model has been developed that focuses on enabling the use of force-feeback desktop haptic devices as the primary interaction mechanisms in virtual reality experiences. This new model is called haptic reality and its operation is based on defining a virtual representation of the device workspace called the action area. The technique allows haptic interaction with the elements inside the action area and, to provide the user with greater precision, it integrates the haptic zoom technique, which allows the size of the action area to be modified. In order to interact with objects outside the action area, the model includes a relocating mode that allows repositioning the action area anywhere in the scene. This technique has been implemented in the ParaVR medical simulator and has been tested by a set of emergency service paramedics from the Wales Ambulance Service NHS Trust, who rated both the simulator and the technique positively. Formal evaluation of the haptic reality technique has been carried out in a comparison with the bubble technique and the results have shown that the new technique is superior to the bubble technique in several respects, placing it as the benchmark technique when integrating force-feedback desktop haptic devices into immersive virtual reality experiences