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@@ -114,17 +114,41 @@ L'ensemble des interactions possible de la main avec un objet est vaste et vari
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Dans cette thèse, nous nous intéressons aux détections haptiques actives (\ie à l'exploration) d'augmentations visuo-haptiques (voir \partref{perception}) et à la préhension d'objets virtuels (voir \partref{manipulation}) dans le contexte de la RA et des wearable haptics.
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\paragraph{Hand Anatomy}
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\paragraph{Hand Anatomy and Motion}
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Avant de comprendre comment la main est utilisée pour l'exploration et la préhension d'objets, il faut décrire brièvement son anatomie. En effet, sous la peau, la mise en action des muscles et des tendons est possible car ils prennent appuis sur les os.
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Comme illustré sur la \figref{blausen2014medical_hand}, squelette de la main est composée de 27 os articulés. Le poignet, constitué de 8 os carpiens, relie la main au bras, et est à la base des 5 os métacarpiens de la paume, un pour chaque doigt.
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Comme illustré sur la \figref{blausen2014medical_hand}, le squelette de la main est composée de 27 os articulés. Le poignet, constitué de 8 os carpiens, relie la main au bras, et est à la base des 5 os métacarpiens de la paume, un pour chaque doigt.
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Chaque doigt est composé d'une chaîne de 3 phalanges, proximale, moyenne et distale, à l'exception du pouce qui n'a que deux phalanges proximale et distale.
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Les articulations à la base de chaque phalange permettent des mouvements de flexions et extensions, i.e. des mouvements de pliage et de dépliage, par rapport à l'os précédent.
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Les phalanges proximales peuvent également effectuer des mouvements d'adduction et d'abduction, i.e. des mouvements de rapprochement et d'éloignement des doigts.
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Enfin, la métacarpe du pouce est capable de mouvements de flexion/extension et d'adduction/abduction, ce qui permet au pouce de venir s'opposer aux autres doigts.
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Ces axes de mouvements sont appelés degrés de libertés et peuvent être représentés par un \emph{modèle kinématique} de la main à 27 DDL comme illustrés sur la \figref{blausen2014medical_hand}.
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Ainsi, le pouce a 5 DDL, chaque des quatre autres doigts a 4 DDL, et le poignet 6 DDL en pouvant prendre n'importe quelle position (3 DDL) ou orientation (3 DDL) dans l'espace~\cite{erol2007visionbased}.
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\fig[0.42]{blausen2014medical_hand}{Schema of the hand skeleton. Adapted from~\cite{blausen2014medical}.}
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Cette structure complexe permet à la main de nombreux mouvements et gestes. Cependant la façon dont nous explorons et saisissons les objets suit des modèles plus simples, qui dépendent de l'objet touché et de l'objectif de l'interaction.
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\begin{subfigs}{hand}{Anatomy and motion of the hand. }[
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\item Schema of the hand skeleton. Adapted from~\textcite{blausen2014medical}.
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\item Kinematic model of the hand with 27 degrees of freedom~\cite{erol2007visionbased}.
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\subfigsheight{6cm}
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\subfig{blausen2014medical_hand}
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\subfig{kinematic_hand_model}
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\end{subfigs}
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\paragraph{Exploratory Procedures}
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L'exploration d'un objet par la main suit des modèles de mouvements stéréotypés, appelés procédures exploratoires~\cite{lederman1987hand}.
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Comme illustré sur la \figref{lederman1987hand}, selon la propriété de l'objet explorée (décrites \secref{object_properties}), va être associé un mouvement spécifique et optimal de la main pour acquérir les information sensorielles les plus pertinentes pour cette propriété.
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Par exemple, réaliser un \emph{mouvement latéral} des doigts sur la surface pour identifier sa texture, une \emph{pression} avec doigt pour percevoir sa rigidité, ou \emph{suivre les contours} de l'objet pour connaitre sa forme précise.
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Ces trois procédures impliquent seulement les bouts des doigts et, en particulier, l'index~\cite{gonzalez2014analysis}.
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L'ensemble de la main est utilisée pour les autres procédures: par exemple, en approchant voire posant la paume pour sentir la température de la surface (\emph{static contact}), ou en prenant l'objet dans la main pour estimer son poids (\emph{unsupported holding}).
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L'\emph{enclosure}, en fermant la main sur l'objet, permet d'evaluer sa forme globale et son volume.
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Le sens haptique seul (sans la vision) nous permet ainsi de reconnaitre les objets familiers avec une grande précision. La reconnaissance des propriété matérielles, \ie la surface, (texture, rigidité, température) est meilleure qu'avec le sens visuel seul, mais la reconnaissance des propriétés spatiales (forme, volume) est moins bonne que la vision~\cite{lederman2009haptic}.
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Quelques secondes (\qtyrange{2}{3}{\s}) suffisent pour effectuer ces procédures, à l'exception du suivi de contour qui peut prendre une dizaine de secondes~\cite{jones2006human}.
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\paragraph{Grasp Types}
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La préhension d'un objet par la main est possible car celle-ci peut prendre de nombreuses postures grâce aux degrés de liberté de son squelette.
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1-introduction/related-work/figures/kinematic_hand_model.odg
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1-introduction/related-work/figures/kinematic_hand_model.pdf
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1-introduction/related-work/figures/kinematic_hand_model.pdf
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doi = {10/bzhmrh}
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}
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@article{erol2007visionbased,
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title = {Vision-Based Hand Pose Estimation: {{A}} Review},
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shorttitle = {Vision-Based Hand Pose Estimation},
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author = {Erol, Ali and Bebis, George and Nicolescu, Mircea and Boyle, Richard D. and Twombly, Xander},
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date = {2007},
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journaltitle = {Comput. Vis. Image Underst.},
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volume = {108},
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number = {1-2},
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pages = {52--73},
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doi = {10/bzm33v}
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}
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@inproceedings{feick2023turnitup,
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title = {Turn-{{It-Up}}: {{Rendering Resistance}} for {{Knobs}} in {{Virtual Reality}} through {{Undetectable Pseudo-Haptics}}},
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shorttitle = {Turn-{{It-Up}}},
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@@ -742,8 +754,8 @@
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@article{feix2016grasp,
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title = {The {{GRASP Taxonomy}} of {{Human Grasp Types}}},
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author = {Feix, Thomas and Romero, Javier and Schmiedmayer, Heinz-Bodo and Dollar, Aaron M. and Kragic, Danica},
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date = {2016-02},
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journaltitle = {IEEE Trans. Human-Mach. Syst.},
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date = {2016},
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journaltitle = {IEEE Trans. Hum.-Mach. Syst.},
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volume = {46},
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number = {1},
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pages = {66--77},
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@@ -1355,6 +1367,18 @@
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date = {2024}
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}
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@article{lederman1987hand,
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title = {Hand Movements: {{A}} Window into Haptic Object Recognition},
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shorttitle = {Hand Movements},
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author = {Lederman, Susan J and Klatzky, Roberta L},
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date = {1987},
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journaltitle = {Cognit. Psychol.},
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volume = {19},
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number = {3},
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pages = {342--368},
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doi = {10/c54f3f}
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}
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@article{lederman2009haptic,
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title = {Haptic Perception: {{A}} Tutorial},
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shorttitle = {Haptic Perception},
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