WIP haptic

1-introduction/related-work/1-wearable-haptics.tex

@@ -93,7 +93,12 @@ Comme illustré sur la \figref{sensorimotor_continuum}, \textcite{jones2006human
     \item Les \emph{gestes}, appelé non-prehensible skilled movements par \textcite{jones2006human}, sont des activités essentiellement motrices et sans contact continu avec un objet. Ce sont par exemple pointer une cible, frapper un clavier, accompagner un discours de gestes ou signer en langue des signes~\cite{yoon2020evaluating}
 \end{itemize}
 
-\fig[0.65]{sensorimotor_continuum}{The sensorimotor continuum of the hand function proposed by and adapted from \textcite{jones2006human}. Functions of the hand are classified into four categories based on the relative importance of sensory and motor components.}
+\fig[0.65]{sensorimotor_continuum}{
+    The sensorimotor continuum of the hand function proposed by and adapted from \textcite{jones2006human}.
+    }[
+    Functions of the hand are classified into four categories based on the relative importance of sensory and motor components.
+    Icons are from \href{https://thenounproject.com/creator/leremy/}{Gan Khoon Lay} / \href{https://creativecommons.org/licenses/by/3.0/}{CC BY}.
+    ]
 
 L'ensemble des interactions possible de la main avec un objet est vaste et varié, \textcite{bullock2013handcentric} ont proposé une classification plus détaillée en 15 catégories.
 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.
@@ -370,19 +375,45 @@ Enfin, il est fréquent qu'un indice perceptuel soit particulièrement important
 \subsection{Wearable Haptics for the Hand}
 \label{wearable_haptics}
 
-Nous présentons ici seulement un survol des dispositifs haptiques portables pour la main et des rendus qu'ils permettent de générer.
-En particulier, nous nous intéressons aux actuateurs portables qui n'empêchent pas de toucher et interagir avec l'environnement réel et aux rendus de propriétés haptiques d'objets virtuels ou augmentés.
-Pour une revue complète, voir \textcite{pacchierotti2017wearable}.
+Un des rôles des systèmes haptiques est de recréer des interactions et sensations virtuelles \emph{similaires et comparables} à celles expérimentées par le sens du toucher avec des objets réels, en particulier dans des \v-\VE~\cite{maclean2008it,culbertson2018haptics}.
+La complexité de la perception des propriétés haptiques des objets et la diversité des interactions possibles rendent donc particulièrement difficile de concevoir des dispositifs et rendus haptiques réalistes.
+D'autant plus que le sens du toucher réparti sur l'ensemble de la main et du corps et que les sensations haptiques sont nécessairement produites par un contact direct de la peau avec l'objet, donc liées à un mouvement de la main sur l'objet.
+Il n'existe donc pas de système haptique générique pouvant adresser tous les aspects du sens haptique, mais une grande variété de dispositifs et de rendus haptiques avec différents objectifs, contraintes et compromis.
+
+S'il est très difficile de recréer des expériences haptiques réalistes, il est plus important de rendre le stimulus sensoriel, qu'il soit visuel, audio ou haptique, "au bon moment et à la bonne place"~\cite{hayward2007it}.
+En effet, une expérience numérique peut être imparfaite et pourtant suffisante pour être utile et intéressante, comme peut l'être une visio-conférence, et transmettre des sensations comparables à celles réelles, comme regarder et écouter un concert sur un écran avec un casque.
+Pourtant la qualité visuelle et sonore de telles expériences est très différente de celle d'une conversation "réelle" ou d'une vraie scène de tous les jours.
+
+% The quality of the illusory haptic experience is a function of the interplay between the user’s perceptual system and the intrinsic technical qualities of the interfaces
 
 \subsubsection{Wearable Haptic Devices}
 \label{wearable_haptic_devices}
 
+Nous présentons ici seulement un survol des dispositifs haptiques portables pour la main et des rendus qu'ils permettent de générer.
+En particulier, nous nous intéressons aux actuateurs portables qui n'empêchent pas de toucher et interagir avec l'environnement réel et aux rendus de propriétés haptiques d'objets virtuels ou augmentés.
+Pour une revue complète, voir \textcite{pacchierotti2017wearable}.
+
 \paragraph{Level of Wearability}
 
+La recherche en haptique est historiquement liée à la robotique et à la téléopération menant à la conception de systèmes haptique à retour de force.
+Ces dispositifs sont capable de fournir des sensations kinesthésiques précises
+
 % Tradeoff realistic and cost + analogy with sound, Hi-Fi costs a lot and is realistic, but 40$ BT headphone is more practical and enough, as cutaneous feedback without kinesthesic could be enough for wearable haptics and far more affordable and comfortable than world- or body-grounded haptics + cutaneous even better than kine for rendering surface curvature and fine manipulation
 
 % Level of wearability is inverse of kinesthetic feedback capability
 
+\begin{subfigs}{pacchierotti2017wearable}{Schematic level of wearability of haptic devices for the hand. Adapted from \textcite{pacchierotti2017wearable}. }[
+        \item Grounded haptic devices are fixed on the environment to provide kinesthetic feedback to the user.
+        \item Exoskeletons are body-grounded kinesthetic devices.
+        \item Wearable haptic devices are grounded on the point of application of the tactile stimulus.
+    ]
+    \subfigsheight{35mm}
+    \subfig{pacchierotti2017wearable_1}
+    \subfig{pacchierotti2017wearable_2}
+    \subfig{pacchierotti2017wearable_3}
+\end{subfigs}
+
+
 \paragraph{Moving Platforms}
 
 \paragraph{Shearing and Compression Belts}
@@ -394,12 +425,31 @@ Vibrotactile actuators are the most common and simplest wearable haptic interfac
 All vibrotactile actuators are based on the same principle: generating an oscillating motion from an electric current with a frequency and amplitude high enough to be perceived by cutaneous mechanoreceptors.
 Several types of vibrotactile actuators are used in haptics, with different trade-offs between size, proposed \DoFs and application constraints:
 \begin{itemize}
-    \item An \ERM is a \DC motor that rotates an off-center mass when a voltage or current is applied. \ERMs are easy to control, inexpensive and can be encapsulated in a few millimeters cylinder or coin form factor. They are widely used in many applications and consumer devices. However, they have only one \DoF because both the frequency and amplitude of the vibration are coupled to the speed of the rotation, \eg low (high) frequencies output at low (high) amplitudes.
-    \item A \LRA consists of a coil that creates a magnetic field from an \AC to oscillate a magnet attached to a spring, as an audio loudspeaker. They are more complex to control than \ERMs. Each \LRA is designed to vibrate with maximum amplitude at a given frequency, but won't vibrate efficiently at other frequencies.
-    \item A \VCA is a \LRA but capable of generating vibration at two \DoF, with an independent control of the frequency and amplitude of the vibration. However, they are larger in size than \ERMs and \LRAs.
+    \item An \ERM is a \DC motor that rotates an off-center mass when a voltage or current is applied (see \figref{precisionmicrodrives_erm}). \ERMs are easy to control, inexpensive and can be encapsulated in a few millimeters cylinder or coin form factor. They are widely used in many applications and consumer devices. However, they have only one \DoF because both the frequency and amplitude of the vibration are coupled to the speed of the rotation, \eg low (high) frequencies output at low (high) amplitudes, as shown on \figref{precisionmicrodrives_erm_performances}.
+    \item A \LRA consists of a coil that creates a magnetic field from an \AC to oscillate a magnet attached to a spring, as an audio loudspeaker (see \figref{precisionmicrodrives_lra}). They are more complex to control and a bit larger than \ERMs. Each \LRA is designed to vibrate with maximum amplitude at a given frequency, but won't vibrate efficiently at other frequencies, \ie their bandwidth is narrow, as shown on \figref{azadi2014vibrotactile}.
+    \item A \VCA is a \LRA but capable of generating vibration at two \DoF, with an independent control of the frequency and amplitude of the vibration on a wide bandwidth. They are larger in size than \ERMs and \LRAs, but can generate more complex renderings.
     \item Piezoelectric actuators deform a solid material when a voltage is applied. They are very small and thin, and allow two \DoFs of amplitude and frequency control. However, they require high voltages to operate and are difficult to control.
 \end{itemize}
 
+\begin{subfigs}{vibrotactile_actuators}{Diagrams of vibrotactile acuators. }[
+        \item Diagram of a cylindrical encapsulated \ERM. From Precision Microdrives.~\footnotemark[2]
+        \item Diagram of a \LRA. From Precision Microdrives.~\footnotemark[2]
+        \footnotetext[2]{\url{https://www.precisionmicrodrives.com/}}
+    ]
+    \subfigsheight{50mm}
+    \subfig{precisionmicrodrives_erm}
+    \subfig{precisionmicrodrives_lra}
+\end{subfigs}
+
+\begin{subfigs}{vibrotactile_performances}{Performances of vibrotactile acuators. }[
+        \item Amplitude and frequency output of an \ERM as a function of the input voltage. From Precision Microdrives.~\footnotemark[2]
+        \item Force generated by two \LRAs as a function of sine wave input with different frequencies~\cite{azadi2014vibrotactile}.
+    ]
+    \subfig[.6]{precisionmicrodrives_erm_performances}
+    \subfig[.39]{azadi2014vibrotactile}
+\end{subfigs}
+
+
 \subsubsection{Tactile Renderings of Object Properties}
 \label{wearable_haptic_renderings}
 
@@ -419,7 +469,6 @@ Le rendu tactile des propriétés haptiques consiste à modéliser et reproduire
 \subsubsection{Evaluating the Haptic Rendering}
 \label{wearable_haptics_evaluation}
 
-Les nombreuses interfaces et rendus des dispositifs haptiques portables développés tendent à reproduire des expérience perceptuelles similaires, voire réalistes, à celles des interactions haptiques avec des objets réels.
 %
 Les méthodes psychophysiques sont notamment utilisées pour étudier le sens du toucher avec des objets réels et sont ré-employées pour pour évaluer la perception par les utilisateurs des rendus haptiques virtuels.
 %