From d5f570ecaba69ee1b1cdc73735aeb7a2f3d82578 Mon Sep 17 00:00:00 2001 From: Erwan Normand Date: Tue, 3 Sep 2024 16:19:38 +0200 Subject: [PATCH] Typo --- .../related-work/1-wearable-haptics.tex | 70 ++++++------------- 1 file changed, 23 insertions(+), 47 deletions(-) diff --git a/1-introduction/related-work/1-wearable-haptics.tex b/1-introduction/related-work/1-wearable-haptics.tex index 08f80d0..fee6d2b 100644 --- a/1-introduction/related-work/1-wearable-haptics.tex +++ b/1-introduction/related-work/1-wearable-haptics.tex @@ -1,27 +1,18 @@ \section{Wearable Haptics for the Hand} \label{wearable_haptics_hand} -To understand how wearable haptics have been used to render haptic properties of virtual objects and haptic augmentations to tangible objects, we first need to describe how the hand senses and acts on its environment. +To understand how wearable haptics have been used to render haptic properties of virtual and augmented objects objects, we first need to describe how the hand senses and acts on its environment to perceive the haptic properties of real everyday objects. \subsection{The Haptic Sense} \label{haptic_sense} The haptic sense has specific characteristics that make it unique in regard to other senses. -% It enables us to perceive a large diversity of properties in the surrounding objects, through to a complex combination of sensations produced by numerous sensory receptors distributed throughout the body. -% But it also allows us to act on these objects, to come into contact with them, to grasp them, to manipulate them and to actively explore them. -% This implies that the haptic perception is localised at the points of contact between the body and the environment, \ie we cannot haptically perceive an object without actively touching it. -% These two mechanisms, \emph{perception and action}, are therefore closely associated and both essential to form the haptic experience of interacting with the environment~\cite{lederman2009haptic}. -% passive and active touch -% hand mechanics and anatomy -% exploratory procedures -% grasp types - \subsubsection{Haptic Perception} \label{haptic_perception} @@ -34,29 +25,20 @@ Perceiving the properties of an object involves numerous sensory receptors embed Cutaneous haptic receptors are specialised nerve endings implanted in the skin that respond differently to the various stimuli applied to the skin. \figref{blausen2014medical_skin} shows the location in the skin of the four main cutaneous receptors that respond to mechanical deformation of the skin. Adaptation rate and receptor size are the two key characteristics that respectively determine the temporal and spatial resolution of these mechanoreceptors, as summarized in \tabref{cutaneous_receptors}. -% The \emph{adaptation rate} is the speed and duration of the response to a stimulus. -% Meissner and Pacinian receptors, known as fast-adapting (FA), respond rapidly to a stimulus but stop quickly even though the stimulus is still present, allowing the detection of high-frequency changes. -% In contrast, Merkel and Ruffini receptors, known as slow-adapting (SA), have a slower but continuous response to a static, prolonged stimulus. -% The \emph{size of the receptor} determines the area of skin that can be sensed by a single nerve ending. -% Meissner and Merkel receptors have a small detection area (named Type I) and are sensitive to fine skin deformations, while Ruffini and Pacinian receptors have a larger detection area (named Type II). \fig[0.6]{blausen2014medical_skin}{Schema of cutaneous mechanoreceptors in a section of the skin~\cite{blausen2014medical}.} The density of mechanoreceptors varies according to skin type and body region. -% \emph{Glabrous skin}, especially on the face, feet, hands, and more importantly, the fingers, is particularly rich in cutaneous receptors, giving these regions great tactile sensitivity. -% The density of the Meissner and Merkel receptors, which are the most sensitive, is notably high in the fingertips~\cite{johansson2009coding}. -% Conversely, \emph{hairy skin} is less sensitive and does not contain Meissner receptors, but has additional receptors at the base of the hairs, as well as receptors known as C-tactile, which are involved in pleasantness and affective touch~\cite{ackerley2014touch}. There are also two types of thermal receptors implanted in the skin, which respond to increases or decreases in skin temperature, respectively, providing sensations of warmth or cold~\cite{lederman2009haptic}. -% Finally, free nerve endings (without specialized receptors) provide information about pain~\cite{mcglone2007discriminative}. \begin{tab}{cutaneous_receptors}{Characteristics of the cutaneous mechanoreceptors.}[ @@ -114,7 +96,6 @@ Comme illustré sur la \figref{sensorimotor_continuum}, \textcite{jones2006human \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.} 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. @@ -136,7 +117,7 @@ Cette structure complexe permet à la main de nombreux mouvements et gestes. Cep \item Schema of the hand skeleton. Adapted from \textcite{blausen2014medical}. \item Kinematic model of the hand with 27 degrees of freedom~\cite{erol2007visionbased}. ] - \subfigsheight{6cm} + \subfigsheight{58mm} \subfig{blausen2014medical_hand} \subfig{kinematic_hand_model} \end{subfigs} @@ -176,25 +157,20 @@ En particulier, le pouce est pratiquement toujours utilisé, ainsi que l'index e Cela s'explique par la sensibilité des bouts des doigts (voir \secref{haptic_perception}) et par la plus grande facilité d'opposer le pouce à l'index et au majeur que les autres doigts. -\subsubsection{Object Properties} +\subsection{Perceiving the Haptic Properties of Real Objects} \label{object_properties} Toucher activement un objet implique donc une action sensorimotrice de la main: Les mouvements exploratoires utilisés guident la recherche d'informations sensorielles et permettent de construire une perception haptique des propriétés de l'objet. -% On distingue, d'une part, les \emph{propriétés matérielles}, qui sont la perception la rugosité, dureté, température et friction de la surface de l'objet~\cite{bergmanntiest2010tactual}. -% D'autre part, les \emph{propriétés spatiales} sont la perception de la forme et de la taille de l'objet~\cite{lederman2009haptic}. Chacune de ces propriétés est fortement liée à une caractéristique physique de l'objet, définie et mesurable, mais comme la perception est une expérience subjective, elle peut différer de cette mesure physique, \eg \textcite{bergmanntiest2007haptic,bergmanntiest2009cues}. -% La perception dépend aussi de nombreux autres facteurs, comme les mouvements effectués et le temps d'exploration, mais aussi de la personne, \eg sa sensibilité~\cite{hollins2000individual} ou son âge~\cite{jones2006human}, et du contexte de l'interaction~\cite{kahrimanovic2009context,kappers2013haptic}. -% Ces propriétés sont décrites (et évaluées\footnotemark) avec des échelles opposant deux adjectifs comme "rugueux/lisse" ou "chaud/froid"~\cite{okamoto2013psychophysical}. -% \footnotetext{Toutes les mesures de perception haptique décrites dans ce chapitre ont été effectuées par des participants avec les yeux bandés, pour contrôler l'influence de la vision.} -\paragraph{Roughness} +\subsubsection{Roughness} La rugosité (ou la smoothness) est la perception de la \emph{micro-géométrie} d'une surface, \ie des aspérités à la surface avec des différences de hauteur de l'ordre du millimètre au micromètre~\cite{bergmanntiest2010tactual}. C'est, par exemple, la perception de la fibre d'un tissu ou du bois et la texture du papier de verre ou d'une peinture. @@ -257,7 +233,7 @@ Les deux perceptions de micro et macro rugosité se recouvrent en partie et peuv Les individus vont avoir une définition subjective de la rugosité, certains prêtant plus d'attention aux plus gros éléments et d'autres aux plus petits~\cite{bergmanntiest2007haptic}, et inclure d'autres propriétés comme la dureté ou la friction~\cite{bergmanntiest2010tactual}. -\paragraph{Hardness} +\subsubsection{Hardness} La dureté (ou la softness) est la perception de la \emph{résistance à la déformation} d'un objet quand il est pressé ou tapé~\cite{bergmanntiest2010tactual}. La softness perçue d'un fruit permet de juger sa maturité, alors que la céramique sera perçue comme dure. @@ -279,7 +255,15 @@ L'élasticité est exprimée par le module de Young $Y$ qui est le ratio entre l \label{eq:young_modulus} Y = \frac{F / A}{\Delta l / l} \end{equation} -La \figre{hardness} illustre ces deux caractéristiques. +La \figref{hardness} illustre ces deux caractéristiques. + +\begin{subfigs}{stiffness_young}{Perception de la dureté haptique d'un objet en pressant avec le doigt. }[ + \item Schéma d'un objet avec un coefficient de raideur $k$ et de longueur $l$ compressé sur une distance $\Delta l$ par une force $F$ sur une surface d'aire $A$. + \item Correspondance de l'intensité perçue de la dureté entre le module de Young (axe horizontal) et la raideur (axe vertical). Les lignes en pointillées et en tiret indiquent les objets testés, les flèches les correspondances faites entre ces objets, et les lignes grises les prédictions de la relation quadratique~\cite{bergmanntiest2009cues}. + ] + \subfig[.3]{hardness} + \subfig[.45]{bergmanntiest2009cues} +\end{subfigs} \textcite{bergmanntiest2009cues} ont montré le rôle de ces deux caractéristiques dans la perception de la dureté. En pressant du doigt, une différence relative (la \emph{fraction de Weber}) de \percent{\sim 15} est nécessaire pour discriminer deux objets de raideurs ou d'élasticités différentes. @@ -290,16 +274,8 @@ En pressant du doigt, l'intensité perçue (subjective) de dureté suit avec la Un objet avec une faible raideur mais une grand module de Young (et vice-versa) peut être perçu aussi dur qu'un objet avec une grande raideur mais un petit module de Young. \textcite{bergmanntiest2009cues} ont ainsi observé une relation quadratique d'égale intensité perçue de dureté, comme illustré sur la \figref{bergmanntiest2009cues}. -\begin{subfigs}{stiffness_young}{Perception de la dureté haptique d'un objet en pressant avec le doigt. }[ - \item Schéma d'un objet avec un coefficient de raideur $k$ et de longueur $l$ compressé sur une distance $\Delta l$ par une force $F$ sur une surface d'aire $A$. - \item Correspondance de l'intensité perçue de la dureté entre le module de Young (axe horizontal) et la raideur (axe vertical). Les lignes en pointillées et en tiret indiquent les objets testés, les flèches les correspondances faites entre ces objets, et les lignes grises les prédictions de la relation quadratique~\cite{bergmanntiest2009cues}. - ] - \subfig[.3]{hardness} - \subfig[.45]{bergmanntiest2009cues} -\end{subfigs} - -\paragraph{Friction} +\subsubsection{Friction} La friction (ou la slipperiness/stickiness) est la perception de la \emph{résistance au mouvement} sur une surface~\cite{bergmanntiest2010tactual}. Le papier de verre, en opposant une forte résistance au glissement à sa surface, est typiquement perçu comme adhésif, alors que du verre est glissant. @@ -331,7 +307,7 @@ C'est pourtant une perception fondamentale pour la saisie et la manipulation d'o Si le doigt est anesthésié, l'absence de sensations cutanées empêche d'ajuster efficacement la force de préhension: Les forces de l'objet sur le doigt ne sont plus correctement perçues et les doigts appuient alors plus fermement sur l'objet en compensation mais sans réaliser une bonne opposition des doigts~\cite{witney2004cutaneous}. -\paragraph{Temperature} +\subsubsection{Temperature} La température (ou coldness/warmness) est la perception du \emph{transfert de chaleur} entre la surface touchée et la peau~\cite{bergmanntiest2010tactual}: Si de la chaleur est extraite de (apportée à) la peau, la surface est perçue comme froide (chaude). @@ -340,20 +316,20 @@ Cette perception est donc distincte de la température physique du matériau, et Par exemple, un objet plus volumineux ou une surface plus lisse, augmentant l'aire de contact, augmente la circulation thermique et rend une sensation de température plus intense~\cite{bergmanntiest2008thermosensory}. Parce qu'elle est basée sur la circulation de la chaleur, la perception de la température est plus lente que les autres propriétés matérielles et demande un toucher statique (voir \figref{exploratory_procedures}) de plusieurs secondes pour que la température de la peau s'équilibre avec celle de l'objet. -Comme illustré sur la Fig. ??, la température $T(t)$ du doigt à l'instant $t$ et au contact avec une surface suit une loi décroissante exponentielle: -$T(t) = (T_s - T_e) \, e^{-\frac{t}{\tau}} + T_e$ où $T_s$ est la température initiale de la peau, $T_e$ est la température de la surface, $t$ est le temps et $\tau$ est la constante de temps. -\textcite{bergmanntiest2009tactile} ont montré que les deux indices perceptuels du taux de transfert de chaleur, décrit par $\tau$, et l'écart de température $T_s - T_e$ sont aussi importants pour la perception de la température. +Comme illustré sur la Fig. ??, la température $T(t)$ du doigt à l'instant $t$ et au contact avec une surface suit une loi décroissante exponentielle, où $T_s$ est la température initiale de la peau, $T_e$ est la température de la surface, $t$ est le temps et $\tau$ est la constante de temps: +\begin{equation} + \label{eq:temperature} + T(t) = (T_s - T_e) \, e^{-t / \tau} + T_e +\end{equation} +Le taux de transfert de chaleur, décrit par $\tau$, et l'écart de température $T_s - T_e$, sont les deux indices essentiels pour la perception de la température. Dans des conditions de la vie de tous les jours, avec une température de la pièce de \qty{20}{\celsius}, une différence relative du taux de transfert de chaleur de \percent{43} ou un écart de \qty{2}{\celsius} est nécessaire pour percevoir une différence de température~\cite{bergmanntiest2009tactile}. -\paragraph{Spatial Properties} +\subsubsection{Spatial Properties} Le poids, la taille et la forme d'un objet sont des propriétés dites spatiales qui sont indépendantes des propriétés matérielles décrites précédemment. -\subsubsection{Conclusion} - - \subsection{Wearable Haptics} \label{wearable_haptics}