Haptic controllers have an important role in providing rich and immersive Virtual Reality (VR) experiences. While previous works have succeeded in creating handheld devices that simulate dynamic properties of rigid objects, such as weight, shape, and movement, recreating the behavior of flexible objects with different stiffness using ungrounded controllers remains an open challenge. In this paper we present ElaStick, a variable-stiffness controller that simulates the dynamic response resulting fromshaking or swinging flexible virtual objects. This is achieved by dynamically changing the stiffness of four custom elastic tendons along a joint that effectively increase and reduce the overall stiffness of a perceived object in 2-DoF. We show that with the proposed mechanism, we can render stiffness with high precision and granularity in a continuous range between 10.8 and 71.5Nmm/◦. We estimate the threshold of the human perception of stiffness with a just-noticeable difference (JND) study and investigate the levels of immersion, realism and enjoyment using a VR application. Finally, we derived possible usage of ElaStick based on user interview and exhibited example applications.
촉감 피드백은 가상현실에서 보다 풍부하고 몰입감있는 경험을 가능케 한다. 기존 연구들에서 이미 단단한 물체의 무게, 모양, 움직임 등의 재현이 이루어진 바있으나, 다양한 강성을 지닌 유연한 물체의 촉감을 구현하는 것은 아직 해결해야할 과제로 남아있다. 본 논문에서는 가상 현실에서 유연한 물체를 휘두르거나 흔들었을 때의 동적 피드백을 재현하는 가변강성 컨트롤러, ElaStick을 제안한다. ElaStick은 2-자유도 관절을 둘러싼 4개의 가변강성 힘줄의 강성을 유동적으로 조절하여 전체 관절의 강성을 효과적으로 변환한다. 이러한 메커니즘을 통해 디바이스는 그 강성을 10.8 부터 71.5Nmm/◦ 까지 연속적이고 정확하게 조절할 수 있다. 우리는 뒤따르는 유저 스터디를 통해 디바이스를 통해 제공된 강성에 대한 사람의 JND(justnoticeable difference, 최소식별차이)를 측정하고, 가상현실에서 시각효과와 함께 제공되었을 때 증강되는 현실감, 몰입감, 그리고 재미를 확인했다. 끝으로 실험들과 함께 진행된 인터뷰를 통해, 우리는 ElaStick의 잠재적 어플리케이션들을 도출하고, 예시 어플리케이션을 선보였다.
