Providing realistic haptic feedback of virtual objects is critical for VR immersive experience, and there have been many approaches to simulate the haptic properties. Most of them, however, are limited to a small modulation range of simulated perception. To overcome this limitation, the current paper proposes multisensory pseudo-haptic feedback for simulated weight perception that combines slow-motion C/D ratio manipulation and EMS. In three experiments, we independently manipulated the C/D ratio and EMS status and observed the effects on the absolute and difference thresholds of simulated weight perception. From the results, we specify the effective range of C/D ratio that can be used to induce weight perception and show that the range can be more than twice widened by multisensory pseudo-haptic feedback. Furthermore, we demonstrate that the sensitivity to weight difference increases as the standard C/D ratio decreases, which provides practical design guidelines for assigning multiple levels of weight to virtual objects.
가상현실에서 더욱 몰입감 있는 경험을 제공하기 위해 시각 또는 체성감각을 활용한 유사햅틱 피드백으로 현실의 무게감을 재현하는 연구들이 진행되고 있다. 하지만 기존의 방법들로 재현된 무게감은 그 조작 범위가 좁고, 다양한 세기로 조절하기 어려운 단점이 있다. 본 연구에서는 시각과 체성감각을 동시에 활용한 다중 감각 자극으로 이러한 한계점들을 보완할 수 있을지 알아보았다. 시각적 자극으로는 물체를 잡은 가상 손의 움직임을 실제보다 느리게 만들어 고유수용감각(proprioception)과 시각 정보 간의 불일치로 무게감을 느끼도록 만들었고, 체성감각 자극으로는 전기근육자극 (Electrical Muscle Stimulation; EMS) 기기로 팔 근육을 전기적으로 자극해 가상 물체를 든 팔이 아래로 내려가도록 함으로써 무게감을 느끼게 하였다. 가상현실 내에서 가상 물체를 들어올리는 과제를 수행할 때 가상 손의 감속의 정도(Control/Display Ratio)와 EMS의 유무가 독립적으로 조작되었고, 각 조건에서 가상 물체에 대한 무게 인지의 절대 역치와 차이 역치를 측정하는 실험들이 진행되었다. 그 결과 효과적으로 가상 물체의 무게감을 증강시킬 수 있는 감속 비율 구간이 측정되었고, 특히 다중 감각 자극이 사용될 때 그 구간이 2배 더 확장되는 것이 확인되었다. 또한 감속의 정도가 클수록 차이 역치는 감소하여 가상 물체들 간 무게 차이가 더 민감하게 인지되는 것으로 나타났다. 이러한 결과는 다중 감각 자극을 이용해 가상물체의 무게감 증강의 범위를 확장시키고 다양한 수준의 무게감을 재현할 수 있음을 시사한다.
