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사실적인 햅틱 표현을 위한 질감지각 감성 평가
An Evaluation of Human Sensibility on Perceived Texture for Real Haptic Representation 원문보기

정보과학회논문지. Journal of KIISE. 소프트웨어 및 응용, v.34 no.10, 2007년, pp.900 - 909  

김승찬 (한국과학기술원 기계공학과) ,  경기욱 (전자통신연구원 디지털 홈 연구단 차세대 PC그룹) ,  손진훈 (충남대학교 심리학과) ,  권동수 (한국과학기술원 기계공학과)

초록
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본 논문에서는 질감제시장치의 주파수와 진폭의 변화를 이용하여 실시한 예비 실험과 본 실험으로 이루어진 감성평가의 실험에 대해 서술한다. 먼저 예비 실험은 관련 형용사 수집, 적합성 평가, 유사성 평가의 세 단계로 구성되어 있으며, 질감 인식과 관련된 유효한 형용사들을 찾는데 목적을 둔다. 예비실험의 첫 단계인 수집 단계에서 33개의 질감인식과 관련된 형용사를 얻을 수 있었으며, 이들은 형용사의 적합성 평가와 유사성 평가를 통해 최종적인 유효한 10개의 질감 요소로 정리되었다. 이렇게 예비실험 결과 얻어진 10개의 형용사는 본 실험에서의 기초 감각을 기술하는 중요한 요소로서 사용이 된다. 본 실험에서는 10개의 감각의 요소를 규격을 갖춘 7종류의 사포와 질감제시장치의 일정 기준에 의해 선정된 15개의 주파수와 진폭의 조합으로 평가가 된다. 실험 결과 사람에게 인지되는 추상적인 거칠기의 감각요소는 표면의 공간정보(spatial information)에 의해 결정되는 울퉁불퉁함(ruggedness)와 표면의 공간정보 뿐 아니라 시간정보(spatio-temporal information)에 의해 결정되는 까끌까끌함(prickliness)의 두 감각의 요소로 구성되어 있음을 확인할 수 있었다. 또한 개발된 질감제시 장치의 정량적인 제어를 통해 두 가지 감각의 요소를 다양하게 유도시킬 수 있음을 확인하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

This paper describes an experiment on the evaluation of human sensibility by monitoring responses to changes In the frequency and amplitude of a tactile display system. Preliminary tasks were performed to obtain effective adjectives concerning texture perception. The number of collected adjectives w...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 거칠기-부드럽기(Roughness-smoothness)와 단단함과 부드러움(hardness-softness)이 재질 인식에서 유효한 차원으로 발견이 되었다. 본 연구는 재질 인식의 여러 차원 중 거칠기와 관련된 촉감의 차원에 대한 연장 선상의 연구로 볼 수 있을 것이다 본 실험I 의 목적은 피험자가 다른 Grit Size의 사포에 능동적인 접촉 (active touch)을 하였을 때 인지되는 질감의 변화를 분석하는 데 있다.
  • 본 연구에서는 능동적으로 진동자극을 구현할 수 있는 질감제시장치를 활용함에 있어 진동의 주요 요소인 주파수와 진폭의 변화가 사용자의 질감지각에 미치는 영향을 살펴보는 것을 목적으로 하였다. 이를 위하여 다음의 두 가지 연구를 수행하였다.
  • 연구되어 왔다[6, 8, 13, 1이. 실험 II에서는 설문 조사와 심리학적인 실험 계획법에 기초하여 실험방법의 신뢰성과 효율성을 높이도록 노력을 하였다. 이러한 접근법의 하나로 실험의 결과는 예비실험에서 최종 선정된 10개의 형용사를 토대로 측정되었다.
  • 개발된 장치는 각각의 핀에 대해 0-500Hz의 주파수와 2mm까지의 진폭이 例단위로 정량적 구현이 가능한 장점이 있으며, 이를 활용하여 주어진 범위 내의 주파수와 진폭의 다양한 조합을 만들고 그에 따라 지각되는 질감에 대한 감성평가를 수행하였다. 실험의 첫 단계인 예비실험은 사포와 질감 제시 장치(tactile display)를 사용하여 적절한 형용사를 얻고 그들 중 유효한 것들을 적절한 절차를 거쳐 선별하는데 목적을 두고 실시되었으며, 두 번째 단계인 본 실험은 선별된 형용사들을 바탕으로 정량적인 감성의 변화가 물리적으로 가하는 자극과 관련하여 어떻게 얻어질 수 있는지에 중점을 두고 있다.
  • 이러한 접근법의 하나로 실험의 결과는 예비실험에서 최종 선정된 10개의 형용사를 토대로 측정되었다. 표면의 작은 패턴과 격자무늬(grating) 뿐 아니라 거칠기도 표면의 속성을 결정짓는 중요한 요소라는 전제 아래, 지각되는 거칠기가 질감제시 장치(tactile display의 주파수와 진폭의 변화에 의해 어떻게 영향을 받는지에 대한 연구를 수행하였다. 질감제시장치를 활용하여 질감을 표현하려는 궁극적인 목표를 이루기 위한 기초적이면서도 중요한 실험이라는 데에서 본 실험 II의 의의를 찾을 수 있을 것이다.

가설 설정

  • . 거칠다와 까끌까끌하다, 부드러움과 매끄러움의 감각의 요소는 각각 매우 유사한 경향성을 보인다.
  • .자극의 주파수가 증가할수록 사람들은 표면을 더 거칠게 그리고 더 까끌까끌하게 느낀다. 까끌까끌 하다의 감각요소는 주파수의 로그값에 상당히 높은 상관관계 (corr미ation) 값을 갖는 통계적 분석의 결과로부터 확인 가능하다.
  • .자극의 진폭이(표면의 돌출)이 증가할수록 사람들이 지각하는 표면의 까끌까끌함은 증가한다. “까끌까끌함” 과 “진폭” 사이의 선형 회귀의 결과는 “울퉁불퉁함”의 그것보다는 작지만 까끌까끌함 역시 진폭에 영향을 받음을 알 수 있다.
  • .표면 입자 크기가 증가할수록 사람은 거칠기가 덜 거칠어진다고 느낀다.
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참고문헌 (18)

  1. Persson, Bo NJ, 2000. Sliding Friction: Physical Principles and Applications, Springer 

  2. Cascio, C.J. and Sathian, K., 'Temporal Cues Contributes to Tactile perception of Roughness,' The Journal of Neuroscience, Vol.21, No.14, pp. 5289-5296, 2001 

  3. Diller,T., Schloerb, D. and Srinivasan, M.A., 'Frequency response of Human Skin in vivo to mechanical stimulation,' RLE Technical Report No. 648. MIT, 2001 

  4. Fung.Y.C., 1993. Biomechanics : Mechanical Properties of Living Tissue, 2nd ed., Springer-Verlag, Newyork 

  5. Gamzu E., Ahissar E., 'Importance of Temporal Cues for Tactile Spatial-Frequency Discrimination,' The Journal of Neuroscience, September 15, 2001, 21(18):7416-7427 

  6. Hollins, M., Bensmaia, S.J., and Roy, E.A., 'Vibrotaction and texture perception,' Behavioral Brain Research, Vol.135, pp.51-56, 2002 

  7. Hollins, M., Faldowski, R., Rao, S., and Young, F., 'Perceptual dimensions of tactile surface texture: a multidimensional scaling analysis,' Perception and Psychophysics, vol. 54, pp.697-705, 1993 

  8. Hollins, M. and Risner,S.R., 'Evidence for the duplex theory of tactile texture perception,' Perception & Psychophysics, Vol.62(4), pp.695-705, 2000 

  9. Katz, D., The World of Touch, In: Krueger, L.E. (Trans.), Hillsdale, NJ, Erlbaum, 1989 

  10. Kyung, K.U., Ahn, M., Kwon, D.S., Srinivasan, M.A., 'Perceptual and biomechanical frequency response of human skin: implication for design of tactile displays,' Proceedings of World Haptics 2005, pp.96-101, 2005 

  11. Kyung, K.U., Choi, H.J. , Kwon, D.S., Son S.W., 'Interactive Mouse Systems Providing Haptic Feedback During the Exploration in Virtual Environment', LNCS, Vol.3280, pp.136-146, October, 2004 

  12. Kyung, K.U., Ahn, M., Kwon, D.S., Srinivasan, M.A., 'A Compact Planar Distributed Tactile Display and Effects of Frequency on Texture Judgment,' Advanced Robotics, Vol.20, No.5, June, 2006 

  13. Lederman, S.J., Loomis, J.M. and Williams, D.A., 'The Role of Vibration in the Tactual Perception of Roughness,' Perception & Psychophysics, Vol.30, pp.82-89, 1982 

  14. Lederman, S.J. and Taolor, M.M., 'Fingertip force, surface geometry, and the perception of roughness by active touch,' Perception & Psychophysics, Vol.12(5), pp.401-408, 1972 

  15. Weber, E.H., E.H. Weber on the Tactile Sense (2nd Edition), In: Ross, H.E. and Murray D.J., (Edit. and Trans.), Erlbaum(UK) Taylor & Francis, 1996 

  16. Yang, G.H.,Kyung,K.U., Jeong, Y.J. and Kwon, D.S.,' Novel Haptic Mouse System for Holistic Haptic Display and Potential of Vibrotactile Stimulation,' Proceedings of IEEE IROS 2005, 2005 

  17. 서창원, 이임갑, 최상섭, 박현영, 문성실, 직물의 물리적 차원과 감성의 관계에 관한 연구, 한국표준과학연구원, 1997 

  18. 손진훈, '피부감각의 감성측정 기술 및 DB개발, Development of measurement technology and database for emotion and sensation caused by tactile stimulation,' 과학기술부, 1998 

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