1. Master en Informática
Gráfica, Juegos y Realidad
Virtual
Tema 5: Percepción
háptica
José San Martín

2. Introducción
La percepción háptica se basa en señales sensoriales
que surgen de la interacción háptica con entornos
reales o virtuales.
La interacción háptica incluye variables mecánicas,
como fuerzas, momentos, dureza, etc y que proviene
de las características físicas de aquello que se toca,
pero también de la persona que toca, que percibe.
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3. Introducción
Los entornos reales proporcionan estas señales
mecánicas mediante la interacción con los objetos
que tocamos y sus características.
De los entornos virtuales obtenemos las señales
sensoriales desde señales mecánicas generadas por
computador a través de dispositivos hápticos.
Si bien los dispositivos hápticos pretender simular la
realidad reproduciendo señales mecánicas que
podemos encontrar en el mundo real, es mucho más
interesante que puedan producir además señales que
no podríamos encontrar en un entorno real.
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4. Introducción
De este modo nuestro entorno virtual puede
contener una percepción sensorial totalmente nueva.
En este sentido, los dispositivos hápticos hacen por
la percepción lo mismo que los gráficos por
computador a la visión real.
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5. Introducción
Por ejemplo, cuando exploramos con la mano una
superficie, debemos tener en cuenta las variables
relacionadas con el cuerpo, como el movimiento de
las manos del que percibe.
Por otro lado también influyen las fuerzas de
contacto con el objeto que tocamos, y finalmente las
características del entorno, es decir, las
características como suavidad o dureza del material
que tocamos.
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6. Interacción háptica y Percepción háptica
La interacción que se produce entre las distancias
variables mecánicas y el que percibe es esencial en la
percepción háptico.
De esta manera se relaciona las acciones del que
percibe con las reacciones del entorno. Esta relación
es bidireccional y las reacciones del entorno tienen
efecto en las nuevas acciones del que percibe.
Así pues definimos como señal háptica a la
información útil proporcionada por una variable
mecánica.
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7. Interacción háptica y Percepción háptica
Un conjunto de señales háptica actuando en
consonancia definen un estímulo háptico.
Finalmente varios estímulos hápticos van a
conformar un entorno háptico, definiendo las
características de todos los objetos que van a estar
contenidos en ese entorno.
Todo las definiciones anteriores son indenpendientes
de si el entorno es virtual (creado artificialmente con
base tecnológica) o real.
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8. Percepción háptica
Como hemos dicho la percepción háptica se basa en aspectos
físicos de la interacción háptica, pero evidentemente estas
señales son percibidas según el sistema nervioso del que
percibe.
Para poder estudiar correctamente la percepción háptica
debemos controlar los estímulos que suceden con el entorno.
Esto supone controlar sistemáticamente la variación de estos
estímulos hápticos.
Por ejemplo, si estudiamos la forma de un objeto, factores
importantes como las fuerzas que se experimentan deberían ser
controladas o modificadas, depende del efecto requerido.
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9. Percepción háptica
Es una tarea difícil ya que normalmente es
complicado realizar una medición exacta y un control
de las señales mecánicas dentro de un experimento
de percepción háptica.
No obstante, avances recientes en la tecnología de
los hápticos permiten un control mucho mayor de
esas fuerzas obtenido en el dispositivo.
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10. Percepción háptica
Los elementos dispositivos hápticos que están en
contacto con el que percibe, desde el punto de vista
de la percepción se denominan Manipulandums.
Por tanto elementos controlados por computador que
son capaces de generar señales mecánicas hápticas.
Así pues las definiciones de Espacio de trabajo son
válidas desde el punto de vista de la percepción,
siendo una característica intrínseca del dispositivo.
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11. Percepción háptica
Pudiendo ser el dispositivo de tipo activo o pasivo,
nos encontramos con las siguientes diferencias: los
dispositivos pasivos van a ser aquellos en los que el
usuario aplica energía al dispositivo, aplicando
fuerzas por ejemplo, y el sistema produce una
disipación de energía.
Por otro lado, los activos van a facilitar una energía
al usuario, en forma de fuerzas creadas por
actuadores.
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12. Percepción háptica
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13. Percepción háptica
En la definición del software de haptic rendering, se
establece un modelo de contacto que permita
computar las fuerzas necesarias en la interacción
mecánica.
Estas fuerzas son percibidas por el usuario a través
del manipulandum. Una vez que no se encuentra en
el entorno virtual, el usuario no siente fuerzas ya
que el software de renderizado deja de crearlas.
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14. Hápticos en Percepción
Las razones de la importancia de los hápticos en
percepción serían:
1) Permiten reproducir señales hápticas del mundo
real. Por ejemplo versiones virtuales de elementos
existentes.
2) Permiten modificar dinámicamente las
propiedades mecánicas de los objetos virtuales.
Por ejemplo modificar el espesor de un objeto o
su dureza.
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15. Hápticos en Percepción
3) Permite crear un objeto virtual que no existe en el
mundo real. Por ejemplo crear escenarios
virtuales en los que no rijan las leyes de la física
tradicional.
4) Permite relacionar de manera cuantitativa las
acciones del usurario que percibe con las señales
hápticas. Por ejemplo las señales mecánicas que
recibe un usuario pueden ser grabadas y
almacenadas para su posterior análisis y estudio.
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16. Hápticos en Percepción
Dado que muchas actividades precisan del uso de
herramientas, es posible que sean necesarias para
interactuar con objetos virtuales.
No obstante tocar un objeto virtual con el dedo
directamente permite tener una información mucho
más completa.
Existe una información cutánea, como por ejemplo la
que proviene de la deformación de la piel en contacto
con el objeto.
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17. Hápticos en Percepción
Cuando interactuamos con un entorno virtual a
través de un dispositivo háptico obtenemos nuestra
información a través de un Manipulandum. La
información que recibimos se parece más a la que
sentiríamos si tocamos ese objeto real a través de un
lápiz.
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18. Hápticos en Percepción
Un háptico tiene un número limitado de sensores y
actuadores.
Manejando un háptico, los sensores van a determinar
una posición en el espacio tridimensional, aplicando
fuerzas en esa posición.
La resolución de las fuerzas creadas es finita y
dependerá de la resolución en bits con la que
trabajamos.
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19. Definición de eventos
Cuando interactuamos con un entorno virtual
podemos encontrarnos con los diferentes eventos.
Para estudiar el caso simplificamos el entorno, de
manera que consideramos que el objeto solo es
tocado por un solo dedo y que éste es mucho menor
que el objeto.
También se considera que el objeto si bien puede ser
deformable, no lo podemos mover.
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20. Eventos interacción mundo real
• Antes del contacto con un objeto en el mundo real,
el usuario no percibe nada, no existen fuerzas
externas.
•Cuando el dedo del usuario roca un objeto, aplica
fuerzas sobre el objeto. Por acción-reacción siente
fuerzas de contacto desde el objeto.
•La aplicación/recepción de fuerzas se realiza a
través de músculos del cuerpo y de las variación de
la aceleración de su dedo.
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21. Eventos interacción mundo virtual
• Antes de entrar en contacto con algún objeto del
entorno virtual el usuario siente varias señales
mecánicas, por ejemplo el peso y las características
de rugosidad del Manipulandum.
•Durante la interacción con el objeto virtual, el
usuario sigue sintiendo las señales hápticas definidas
anteriormente. Estas señales, que son en realidad del
mundo real, se mezclan con las señales que produce
el sistema al tocar el objeto virtual.
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22. Diseño de experimentos de percepción
háptica
Un experimento de percepción háptica debe tener en
cuenta que físicamente el usuario puede cansarse y
debe contarse con esta variable y programarse
descansos.
Es necesario un estudio de la seguridad del
experimento, de manera que si no están
adecuadamente manejados, algunos sistemas
puedes golpear y dañar al usuario.
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23. Diseño de experimentos de percepción
háptica
Configuración del dispositivo al usuario. De acuerdo a
la características del usuario, puede ser necesario un
recalibrado del dispositivo para tener en cuenta esas
variaciones.
Por último tener en cuenta que independientemente
de las instrucciones dadas al usuario que participa en
el experimento, no va a realizar en muchos casos las
acciones exactamente como se desea.
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24. Bibliografía
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