Advancing proxy-based haptic feedback in virtual reality

This thesis advances haptic feedback for Virtual Reality (VR). Our work is guided by Sutherland's 1965 vision of the ultimate display, which calls for VR systems to control the existence of matter. To push towards this vision, we build upon proxy-based haptic feedback, a technique characterized by the use of passive tangible props. The goal of this thesis is to tackle the central drawback of this approach, namely, its inflexibility, which yet hinders it to fulfill the vision of the ultimate display. Guided by four research questions, we first showcase the applicability of proxy-based VR haptics by employing the technique for data exploration. We then extend the VR system's control over users' haptic impressions in three steps. First, we contribute the class of Dynamic Passive Haptic Feedback (DPHF) alongside two novel concepts for conveying kinesthetic properties, like virtual weight and shape, through weight-shifting and drag-changing proxies. Conceptually orthogonal to this, we study how visual-haptic illusions can be leveraged to unnoticeably redirect the user's hand when reaching towards props. Here, we contribute a novel perception-inspired algorithm for Body Warping-based Hand Redirection (HR), an open-source framework for HR, and psychophysical insights. The thesis concludes by proving that the combination of DPHF and HR can outperform the individual techniques in terms of the achievable flexibility of the proxy-based haptic feedback.Diese Arbeit widmet sich haptischem Feedback für Virtual Reality (VR) und ist inspiriert von Sutherlands Vision des ultimativen Displays, welche VR-Systemen die Fähigkeit zuschreibt, Materie kontrollieren zu können. Um dieser Vision näher zu kommen, baut die Arbeit auf dem Konzept proxy-basierter Haptik auf, bei der haptische Eindrücke durch anfassbare Requisiten vermittelt werden. Ziel ist es, diesem Ansatz die für die Realisierung eines ultimativen Displays nötige Flexibilität zu verleihen. Dazu bearbeiten wir vier Forschungsfragen und zeigen zunächst die Anwendbarkeit proxy-basierter Haptik durch den Einsatz der Technik zur Datenexploration. Anschließend untersuchen wir in drei Schritten, wie VR-Systeme mehr Kontrolle über haptische Eindrücke von Nutzern erhalten können. Hierzu stellen wir Dynamic Passive Haptic Feedback (DPHF) vor, sowie zwei Verfahren, die kinästhetische Eindrücke wie virtuelles Gewicht und Form durch Gewichtsverlagerung und Veränderung des Luftwiderstandes von Requisiten vermitteln. Zusätzlich untersuchen wir, wie visuell-haptische Illusionen die Hand des Nutzers beim Greifen nach Requisiten unbemerkt umlenken können. Dabei stellen wir einen neuen Algorithmus zur Body Warping-based Hand Redirection (HR), ein Open-Source-Framework, sowie psychophysische Erkenntnisse vor. Abschließend zeigen wir, dass die Kombination von DPHF und HR proxy-basierte Haptik noch flexibler machen kann, als es die einzelnen Techniken alleine können

Human factors in instructional augmented reality for intravehicular spaceflight activities and How gravity influences the setup of interfaces operated by direct object selection

In human spaceflight, advanced user interfaces are becoming an interesting mean to facilitate human-machine interaction, enhancing and guaranteeing the sequences of intravehicular space operations. The efforts made to ease such operations have shown strong interests in novel human-computer interaction like Augmented Reality (AR). The work presented in this thesis is directed towards a user-driven design for AR-assisted space operations, iteratively solving issues arisen from the problem space, which also includes the consideration of the effect of altered gravity on handling such interfaces.Auch in der bemannten Raumfahrt steigt das Interesse an neuartigen Benutzerschnittstellen, um nicht nur die Mensch-Maschine-Interaktion effektiver zu gestalten, sondern auch um einen korrekten Arbeitsablauf sicherzustellen. In der Vergangenheit wurden wiederholt Anstrengungen unternommen, Innenbordarbeiten mit Hilfe von Augmented Reality (AR) zu erleichtern. Diese Arbeit konzentriert sich auf einen nutzerorientierten AR-Ansatz, welcher zum Ziel hat, die Probleme schrittweise in einem iterativen Designprozess zu lösen. Dies erfordert auch die Berücksichtigung veränderter Schwerkraftbedingungen

12th Man in Space Symposium: The Future of Humans in Space. Abstract Volume

The National Aeronautics and Space Administration (NASA) is pleased to host the 12th IAA Man in Space Symposium. A truly international forum, this symposium brings together scientists, engineers, and managers interested in all aspects of human space flight to share the most recent research results and space agency planning related to the future of humans in space. As we look out at the universe from our own uniquely human perspective, we see a world that we affect at the same time that it affects us. Our tomorrows are highlighted by the possibilities generated by our knowledge, our drive, and our dreams. This symposium will examine our future in space from the springboard of our achievements