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Uma arquitetura para ambientes virtuais colaborativos com dispositivos de force feedback

Made available in DSpace on 2019-04-05T23:05:04Z (GMT). No. of bitstreams: 0
Previous issue date: 2006-12-18 / A collaborative virtual environment can be dened as a single virtual reality space hared by multiple participants connected from diferent hosts. However, most collaborative existing systems restrict the communication among the participants to text messages or audio communication. The natural means of human communication are richer than this. Other efects of coordinated visual and touch feedback play also a fundamental role and create a more realistic experience to the users. Motivated by the possibility of navigating and interacting remotely in a collaborative virtual environment, as well as simulating and sharing the perception of contact forces in diferent scenarios, an architecture for collaborative virtual environments for training, using force feedback devices, was designed, implemented and tested. The proposed architecture is composed of 4 components: the Device Manager, that makes possible the force feedback devices mapping; the Virtual Reality Environment, where the 3D application resides; the Collaboration Manager, that consists of a collaboration protocol for data sharing and controlling during the training sessions; and the Device Controller, responsible for the low-level routines needed to interact with the haptic device. The manager-type components, in particular improve the architecture _exibility and were implemented in such a way to be able to support extensions. To analyze the system performance, a significative number of experimental evaluations was conducted. The performance evaluations do not restrict themselves to the ideal environment conditions provided by a local area network, but also were applied to diferent network setups, where diferent bandwidth, delay and packet loss values were simulated. Based on these experimental data, a similarity metric was dened to relate the processing time spent by the rendering process of the hosts (the masters that leads the training, and the trainee_s that follows the activities executed by the master) during the training exercise. The similarity values, obtained experimentally, were then compared to those obtained by a subjective analysis realized by the users. The results validated the architecture and demonstrated that the proposed methodology was useful to elaborate a detailed performance analysis of the system. Even in face of a wide variation in the processing times, obtained in nanoseconds, and consequently di_culty in the analysis of the packet loss impact on results, it was possible to successfully evaluate the efects of bandwidth and delay in the application performance, making use of similarity metrics that varied according to a range of di_erent percentual values of tolerance. The definition of a rigid metric for the users' subjective analysis was also suitable, particularly for comparing the experimental results to the users' perceptions, in attempt to _nd out a possible range of trusting values for the tolerance parameters.
KEYWORDS: Performance Analysis . Collaborative Virtual Environment
Force Feedback . Training / Um ambiente virtual colaborativo pode ser definido como um espaço único de realidade virtual compartilhado por múltiplos participantes conectados de diferentes máquinas. Contudo, a maioria dos sistemas existentes restringe a comunicação entre os participantes a mensagens textuais ou a comunicações via áudio. Os meios de comunicação humana são certamente mais ricos que estes. Outros efeitos sincronizados, tais como, o visual e o tátil, são fundamentais para interação dos usuários com a aplicação, aumentando o sentimento de colaboração entre os participantes. Motivados pela possibilidade de navegar e interagir remotamente em um ambiente virtual colaborativo, bem como de simular e compartilhar a percepção de forças de contato em diferentes cenários, uma arquitetura para ambientes virtuais colaborativos com foco em treinamento, utilizando dispositivos de force feedback foi projetada, implementada e testada.
A arquitetura é composta por 4 componentes: o Gerenciador de Dispositivo, que possibilita o mapeamento dos dispositivos de force feedback; o Ambiente de Realidade Virtual, onde reside a aplicação 3D; o Gerenciador de Colaboração, que consiste no protocolo de colaboração para compartilhamento de dados e controle durante as sessões de treinamento; e o Controlador de Dispositivo, responsável pelas rotinas de baixo nível de interação com o dispositivo háptico. Os componentes do tipo "gerenciador", particularmente oferecem certa flexibilidade à arquitetura e foram implementados visando a possibilidade de extensões.
Para analisar o desempenho do sistema, um número significativo de avaliações experimentais foi conduzido. Os testes de desempenho não se restringiram às condições ideais oferecidas por uma rede local, mas a diversas outras configurações de rede, onde diferentes valores de largura de banda, latência e perda de pacotes foram simulados. Com base nos dados experimentais, foi definida uma métrica de similaridade para relacionar os tempos de processamento gastos pelas máquinas participantes (a do mestre, que conduz o treinamento, e a do aprendiz, que acompanha os procedimentos que o mestre executa) durante o exercício de treinamento. Os valores de similaridade, obtidos experimentalmente, foram então comparados aos obtidos por uma análise subjetiva realizada pelos usuários.
Os resultados validaram a arquitetura e mostraram que a metodologia proposta foi útil para elaborar uma análise detalhada do desempenho do sistema. Mesmo em face de uma grande variação nos tempos de processamento, obtidos em nanosegundos, e conseqüente dificuldade na análise do impacto dos resultados referentes à perda de pacotes, foi possível avaliar com sucesso a influência da largura de banda e latência no desempenho da aplicação, por intermédio do estabelecimento de métricas de similaridade que variaram de acordo com diferentes valores percentuais de tolerância. A definição de uma métrica rígida para a análise subjetiva dos usuários também foi apropriada, principalmente para comparar os resultados obtidos nos experimentos às percepções dos usuários, como forma de encontrar um possível intervalo de confiança para os parâmetros de tolerância.

Identiferoai:union.ndltd.org:IBICT/oai:dspace.unifor.br:tede/72230
Date18 December 2006
CreatorsChaves, Ricardo Regis Cavalcante
ContributorsRodrigues, Maria Andreia Formico, Nedel, Luciana Porcher, Rodrigues, Maria Andreia Formico, Holanda Filho, Raimir
PublisherUniversidade de Fortaleza, Mestrado Em Informática Aplicada, UNIFOR, Brasil, Centro de Ciências Tecnológicas
Source SetsIBICT Brazilian ETDs
LanguagePortuguese
Detected LanguageEnglish
Typeinfo:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis
Sourcereponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UNIFOR, instname:Universidade de Fortaleza, instacron:UNIFOR
Rightsinfo:eu-repo/semantics/openAccess
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