In this thesis, the effects of vibrotaction factors on tactile perception are described. Many studies on the effects of a vibration frequency or a stimulus area on a sensation magnitude and the effects of a vibration frequency on a threshold have been performed, however, actually, complex effect of each factor decides tactile sensation which human perceives. Therefore, measurement of variation of sensation magnitude defending on complex effect of each factor is necessary. Moreover, it must be confirmed how to perceive given stimulus as texture and decide control factor when desired texture is displayed.
First, an experiment on the influence of the frequency variation of normal vibration on perceiving spatial period is achieved, because it is known that fine textures come under a lot of influence of temporal variation, and we want to find possibility of displaying finer texture by vibration. An Integrated tactile display is used for every experiment. It can simulate the small-scale shapes and roughness of surface textures by individual drives of 6x8 pin array. The experiment results are expected that as vibration frequency increases, the spatial period is perceived smaller. From this experiment, I have found that sensation magnitude is able to affect the experimental result. So, it is necessary to consider some experiments for control of sensation magnitude.
Second experiment is performed for controlling sensation magnitude. It is confirmed how sensation magnitude varies as the stimulus area and the vibration frequency change. Tactile display device is composed of pin array, so, stimulus area and distribution are able to change by the width of each pin array and the number of vibrating pins. After the experiment, including additional factor, amplitude, the effects of three factors on perception of sensation magnitude are confirmed. It is ezpected that sensation magnitude is larger as the vibration frequency, amplitude and the stimulus area increases. Each factor will affect it independently. For this reason, when a texture is displayed using tactile display which is pin-arrayed type, each factor has to be controlled in consideration of variation of sensation magnitude.
Also, it is probably possible that the stimulus which pin array vibrates individually at different frequency is perceived the texture which has different amplitude. The temporal pattern may be perceived spatial pattern and it is able to display roughness or small-scale shape. Then pins' asynchronous vibration without amplitude control is possible to represent various textures and this result is able to apply to the design of novel tactile display systems for miniaturization.
Finally, it is confirmed to the effects of frequency variation on spatial period perception under the control of sensation magnitude because of the support of first experiment. This experiment is only about the frequency variation of normal vibration. The correlation between the vibration frequency and the perceived texture is found. The answer is that normal vibration makes possible to display finer texture. That is, the vibrating stimulus is more effective for displaying a fine surface. Using this result, the control of vibration frequency can make possible to display finer textures than real groove width.
본 논문에서는 진동 자극의 여러 요소들을 변화시켰을 때에 사람의 질감 지각에 미치는 영향들을 살펴본다. 특히, 진동 자극의 Frequency, Amplitude, 자극면적에 따른 사람이 감지하게 되는 자극 크기 변화 측정을 하여, 자극 크기 통제를 하며, 사람이 주어진 자극의 변화에 대해 질감 감지에 어떠한 차이를 가져오는지도 정리하여 원하는 질감을 재생할 때에 조절해야 할 값들을 결정하려고 한다. 첫 번째로 진동 자극의 주파수 변화가 결의 간격 감지에 미치는 영향에 관해 알아보았다. 미세한 재질은 진동에 의해 더 잘 감지된다는 사실이 문헌 연구 및 관련 실험 결과로부터 알 수 있었다. 이 사실을 역으로 이용, 진동 자극의 요소를 변화시켜 더 미세한 재질의 표현이 가능한가에 관한 실험을 진행하였다. 그 결과 예상과 같이 주파수가 증가할수록 더 미세한 질감으로 감지하는 결과를 보였으나, 자극 크기를 통제하지 않아 결과가 자극 크기로부터 비롯된 것인지, 주파수 변화에 의한 것인지 확신할 수 없었다. 따라서 자극크기 통제를 위해 진동자극의 각 요소들이 자극 크기에 미치는 영향에 관한 실험을 우선 진행하였다. 자극 크기 통제를 위한 실험으로 자극 면적과 주파수가 변화할 때에 자극 크기가 어떻게 변화하는지 확인하였다. 실험에 사용된 질감제시장치가 핀 배열로 구성되어 있어, 핀 배열의 간격과 개수로서 자극 면적과 분포를 변화시킬 수 있다. 이 결과의 확인 후, 진동 자극의 Amplitude의 변화까지 추가하여, 세 요소들이 변화할 때에 자극 크기의 변화를 확인하였다. Amplitude가 증가할수록, 자극 면적이 증가할수록, 주파수가 증가할수록 감지되는 자극 크기도 커지는 결과를 보여, 각 요소들이 독립적으로 작용함을 알 수 있었다. 따라서 핀 배열로 이루어진 질감제시 장치로 임의의 질감을 표현하기 위해서는 각 요소들에 의한 자극 크기 변화를 모두 고려하여 조절해야 할 것이다. 또한, 각 핀 배열의 주파수의 차이로 자극을 제시했을 때, Amplitude 차이로 감지될 수 있을지에 관해 실험하였다. 시간적 패턴의 차이를 공간적 패턴의 차이로 감지할 수 있을 것으로 기대하였고, 이를 확인하였다. 거칠기와 Small-scale Shape의 표현이 가능하였다. 따라서 핀 배열의 진동 높이의 조절 없이도 다양한 재질을 표현하는 것이 가능해지며, 앞으로 개발될 질감제시 장치의 소형화를 위한 설계에 적용될 수 있을 것이다. 마지막으로 처음 주제에 대하여 자극 크기를 통제하고 주파수 변화에 따른 결 간격 감지 경향을 확인함으로써 결과를 보완한다. 자극 크기 통제 후에도 주파수가 증가할수록 더 좁은 결로 감지하는 결과를 보였다. 따라서 Static 자극으로는 구현할 수 없는 더 좁은 결 간격도 진동 자극을 사용하여 구현해낼 수 있다.
