Perceptual Analysis and Rendering of Vibrotactile Flows on a Mobile Device

Abstract

"Vibrotactile flow"' refers to a continuously moving sensation of vibrotactile stimulation applied by a few actuators directly onto the skin or through a rigid medium. We first investigates the feasibility of vibrotactile flow using two vibrotactile actuators in a mobile device via psychophysical experiment that employed an open response paradigm. The subjects answered the perceived positions and intensities of vibrotactile sensations by drawing graphs with respect to time. The results demonstrated that such "vibrotactile flow" can be reliably produced in a mobile device and that a performance trade-off exists depending on the vibration rendering method and signal duration used for rendering. We extend this study by investigating the perceptual characteristics of vibrotactile flows rendered on a mobile device and proposing a synthesis framework for vibrotactile flows with desired perceptual properties. Furthermore, we extend the dimension of vibrotactile flows to two dimensions by means of edge flows---vibrotactile flows that rotate along the edges of a rectangular mobile device, rendered using four actuators placed at its four corners. We designed 32 edge flows and carried out a longitudinal user study in order to measure the information transmission capacity of edge flows, while looking into the effects of practice and correct-answer feedback on the identification accuracy of edge flows. Results showed that the information transmission capacity of the edge flows was 3.70 bits, which is greater than for most previous studies; that some extent of practice is required for robust identification, but it can take place quickly; and that correct-answer feedback is advantageous but its degree of improvement was less than that of repeated practice.

진동 흐름이란 모바일 기기 표면 상에 연속적으로 움직이는 듯한 느낌 혹은 구현 방법을 일컫는다. 먼저 두 개의 진동자를 모바일 기기 상에 배치하였을 때 진동 흐름의 구현 가능성을 사용자 평가 실험을 통해 알아보았다. 이 실험에서 사용자는 인지되는 진동의 위치와 세기를 시간에 따라 그래프로 그렸다. 그 결과, 이러한 진동 흐름이 충분히 구현 가능한 것임을 확인할 수 있었으며, 더욱 부드럽고 명확한 진동 흐름을 위해서는 렌더링 방법과 지속 시간 간의 조율이 필요하다는 것을 알아내었다. 이를 바탕으로 진동 흐름의 인지적 특성을 파악하는 연구를 수행하였고, 원하는 인지적 특성을 갖춘 진동 흐름을 구현할 수 있는 제작 방법을 제안하였다. 이러한 1차원 상의 진동 흐름 연구에서 나아가서, edge flow 라는 네 개의 진동자를 직사각형의 코너에 배치하여 이를 따라 돌아가는 2차원 상의 진동 흐름의 연구로 확장하였다. 32개의 edge flow를 디자인하고 정보 전달량과 학습에 필요한 조건을 알아보기 위한 수일에 걸친 사용자 실험을 수행하였다. 그 결과 edge flow는 3.70 비트의 정보를 전달하는 것을 확인하였으며, 단기간의 연습으로 쉽게 학습이 되었다.