Recent developments in computer graphics and haptics technologies have allowed users to experience and interact with virtual environments in new and more immersive ways. As such, it is important to design haptic algorithms that can display the sensations felt by the user in the virtual world that is both realistic and stable. This thesis shall present a haptic rendering method for rendering weight feedback from a held object. The method expands on current constraint-based haptic rendering algorithms to not only render weight in a physically realistic manner, but also allowing it to be implemented in a bimanual setting, with the force moving between the two devices during the interaction. A simple virtual environment is then implemented in which the user is able to pick up and manipulate objects in the environment using a simple on-contact grasping mechanic. The object can be passed between hands, smoothly transferring the weight to maintain stability and realism. A simple speed-training task to manipulate coloured objects onto correspondingly coloured plates was also implemented within the environment to help direct the interaction. Pilot studies were also run to evaluate the usability and realism of the method and examine how to further improve weight rendering algorithms and heuristics for stable and realistic user interaction.
사용자와 가상 환경 간의 상호작용은 컴퓨터 그래픽스 및 햅틱스 기술의 발전에 힘입어 보다 다양한 채널을 통해 몰입감을 증진시키는 방향으로 진화해 왔다. 이러한 가상 세계에 대한 감각을 사실적이면서도 안정적으로 전달하기 위해서는 대상에 적합한 햅틱 렌더링 알고리듬의 설계가 중요하다. 이에 본 논문에서는 가상의 물체를 들어올리고 조작할 때 느껴지는 중량 피드백을 효과적으로 전달하기 위한 햅틱 렌더링 기법을 제안한다. 본 기법은 현재 보편적으로 사용되고 있는 제약 조건 기반 햅틱 렌더링 알고리듬을 확장하여 물체의 물리적 중량을 단순히 재현하는 것뿐만 아니라, 상호작용에 사용되는 햅틱 장치 간의 적절한 피드백 분배와 전달을 통해 양손 상호작용 과정에 수반하는 다양한 상황에 대응할 수 있도록 하였다. 우리는 제안한 기법을 실제 상호작용 시나리오에 적용하고 작업 수행 결과에 미치는 영향을 검증하기 위하여 사용자가 간단한 접촉 동작을 통해 물체를 잡고 색상에 맞추어 정해진 위치로 옮기는 작업을 포함한 가상 환경을 구현하였다. 이때 상호작용 대상 물체는 임의의 한 손에서 다른 한 손으로 자유롭게 전달될 수 있으며, 이 과정에서 중량 피드백은 사용자의 인지적 몰입감을 저해하지 않는 범위 내에서 안정적으로 전이되는 것을 확인할 수 있었다. 마지막으로 우리는 사용자 실험을 통해 제안한 기법의 사실성과 사용성을 다각도로 평가하였으며, 중량 렌더링 알고리듬에 대한 개선 사항과 더불어 보다 사실적인 상호작용 설계를 위한 방안을 모색하였다.
