Lehrver­anstaltung

HI - Haptic Interfaces


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Langname Haptic Interfaces
Anerkennende LModule ATM_MaMT
Verantwortlich
Dr. Civelek Turhan
wissenschaftlicher Mitarbeiter Fakultät IME
Niveau Master
Semester im Jahr Wintersemester
Dauer Semester
Stunden im Selbststudium 60
ECTS 5
Dozenten
Dr. Civelek Turhan
wissenschaftlicher Mitarbeiter Fakultät IME
Voraussetzungen Bachelor-Level Kenntnisse zu VR, AR und XR und Softwaresprachen Kenntnisse wie C#, C++ und Python
Unterrichtssprache deutsch, englisch bei Bedarf
separate Abschlussprüfung Ja
Literatur
• Thorsten A. Kern, et al., Engineering Haptic Devices, Springer International Publishing, 2023.
• Matjaž Mihelj, Janez Podobnik, Haptics for Virtual Reality and Teleoperation, Springer Dordrecht, 2012.
Abschlussprüfung
Details
Bevorzugte Form der Prüfung:
ein haptisches Projekt wird von den teilnehmenden Studierenden durchgeführt.
Ziel dieses Projekts ist es, VR-Anwendungen zu planen, zu entwerfen und zu implementieren, die von haptischen Geräten unterstützt werden, die Berührungs-, Greif-, Kraftrückkopplungs- und Manipulationsprozesse in Echtzeit einbeziehen und einen Beitrag zum Bereich der Haptik leisten. Das Projekt sollte zu einer Anwendung führen, die eine bidirektionale Haptik-Interaktion zwischen einer Person oder einem haptischen Gerät und einem virtuellen Objekt, entfernten oder virtuellen Umgebung ermöglicht. Das Projekt wird in Teams von zwei oder drei Personen durchgeführt. Einzelprojekte sind nicht zugelassen. Die Leistung aller Teammitglieder im Projekt wird individuell bewertet und jeder Studierende erhält eine individuelle Note als Ergebnis dieser Bewertung. Es wird empfohlen, Projektteams aus Personen mit unterschiedlichem Hintergrund und Fähigkeiten zu bilden.

Das Projekt sollte Folgendes beinhalten:
Legen Sie fest, wie Sie den Erfolg messen wollen.
Informieren Sie sich durch eine umfassende Literaturrecherche.
Am Tag der Präsentation sollte das Projekt auch für einen Laien auf dem Gebiet der Haptik einfach zu verstehen und anzuwenden sein.
Einen hohen "Produktionswert" haben (Force Feedback und visuell).

Nutzerstudien:
In der letzten zwei Woche des Semesters führen Sie eine kleine Benutzerstudie mit mindestens 3 Teilnehmern durch. Diese Benutzerstudie sollte so konzipiert sein, dass sie interessante Einblicke in Ihr System gewährt, die Leistung Ihres Systems bewertet oder ein besseres Verständnis dafür vermittelt, wie Benutzer mit Ihrem System interagieren. Sie werden in den letzten Wochen des Praktikums Zeit haben, um die Studien durchzuführen. Die Hälfte der Gruppen wird jeden Tag Studien durchführen, um den anderen Kursteilnehmern die Teilnahme zu ermöglichen.

Abschlussbericht:
Sie verfassen eine konzise Zusammenfassung im IEEERAS Konferenzformat. In dieser Zusammenfassung sollten Sie den Titel und die Autoren der Arbeit nennen, den Leser mit dem Thema vertraut machen (warum ist dies wichtig?), Informationen aus früheren Forschungsarbeiten weitergeben (was denken andere?), beschreiben, was Sie in diesem Forschungsbereich getan haben, den Zweck Ihres Projekts erklären (was wollten Sie erreichen?), Ihre Methoden erläutern (wie sind Sie vorgegangen?), Ihre Ergebnisse zusammenfassen (was haben Sie entdeckt?), die Bedeutung Ihrer Ergebnisse zusammenfassen (was bedeutet dies?) und zukünftige Arbeiten planen (was würden Sie als nächstes tun?). Diese Zusammenfassung sollte Diagramme und Fotos enthalten, gutgeschrieben und verständlich sein.
Mindeststandard
Allgemein:
Konzept 10 Punkte. Ist die Motivation gut und ist die allgemeine Idee logisch?
Ansatz 10 Punkte. Ist der Ansatz zur Lösung des Problems richtig?

Demonstration:
Funktionalität 15 Punkte. Hat das System während der Demo auf interessante Weise funktioniert?
Vollständigkeit 15 Punkte. War das Arbeitssystem vollständig?

Benutzerforschung:
Design 10 Punkte. Wurde die Arbeit entworfen, um die gewünschten Informationen zu erfassen?
Ergebnisse 10 Punkte. Wurden Informationen über Benutzer oder Gerätedesign gesammelt?

Zusammenfassender Bericht:
Technische Stärke 15 Punkte. Ist der Artikel technisch korrekt und vollständig?
Präsentation 15 Punkte. Ist der Bericht gutgeschrieben und enthält er angemessene unterstützende Grafiken?

GESAMT 100 Punkte

Regelungen für die Einreichung von Aufgaben:
Die Aufgaben werden als eine einzige .zip-Datei in der ILU-Website hochgeladen. Verspätet abgegebene Aufgaben werden mit einem Strafzuschlag von 20 % pro Tag belegt
Prüfungstyp
Bevorzugte Form der Prüfung:
ein haptisches Projekt wird von den teilnehmenden Studierenden durchgeführt.
Ziel dieses Projekts ist es, VR-Anwendungen zu planen, zu entwerfen und zu implementieren, die von haptischen Geräten unterstützt werden, die Berührungs-, Greif-, Kraftrückkopplungs- und Manipulationsprozesse in Echtzeit einbeziehen und einen Beitrag zum Bereich der Haptik leisten. Das Projekt sollte zu einer Anwendung führen, die eine bidirektionale Haptik-Interaktion zwischen einer Person oder einem haptischen Gerät und einem virtuellen Objekt, entfernten oder virtuellen Umgebung ermöglicht. Das Projekt wird in Teams von zwei oder drei Personen durchgeführt. Einzelprojekte sind nicht zugelassen. Die Leistung aller Teammitglieder im Projekt wird individuell bewertet und jeder Studierende erhält eine individuelle Note als Ergebnis dieser Bewertung. Es wird empfohlen, Projektteams aus Personen mit unterschiedlichem Hintergrund und Fähigkeiten zu bilden.

Das Projekt sollte Folgendes beinhalten:
Legen Sie fest, wie Sie den Erfolg messen wollen.
Informieren Sie sich durch eine umfassende Literaturrecherche.
Am Tag der Präsentation sollte das Projekt auch für einen Laien auf dem Gebiet der Haptik einfach zu verstehen und anzuwenden sein.
Einen hohen "Produktionswert" haben (Force Feedback und visuell).

Nutzerstudien:
In der letzten zwei Woche des Semesters führen Sie eine kleine Benutzerstudie mit mindestens 3 Teilnehmern durch. Diese Benutzerstudie sollte so konzipiert sein, dass sie interessante Einblicke in Ihr System gewährt, die Leistung Ihres Systems bewertet oder ein besseres Verständnis dafür vermittelt, wie Benutzer mit Ihrem System interagieren. Sie werden in den letzten Wochen des Praktikums Zeit haben, um die Studien durchzuführen. Die Hälfte der Gruppen wird jeden Tag Studien durchführen, um den anderen Kursteilnehmern die Teilnahme zu ermöglichen.

Abschlussbericht:
Sie verfassen eine konzise Zusammenfassung im IEEERAS Konferenzformat. In dieser Zusammenfassung sollten Sie den Titel und die Autoren der Arbeit nennen, den Leser mit dem Thema vertraut machen (warum ist dies wichtig?), Informationen aus früheren Forschungsarbeiten weitergeben (was denken andere?), beschreiben, was Sie in diesem Forschungsbereich getan haben, den Zweck Ihres Projekts erklären (was wollten Sie erreichen?), Ihre Methoden erläutern (wie sind Sie vorgegangen?), Ihre Ergebnisse zusammenfassen (was haben Sie entdeckt?), die Bedeutung Ihrer Ergebnisse zusammenfassen (was bedeutet dies?) und zukünftige Arbeiten planen (was würden Sie als nächstes tun?). Diese Zusammenfassung sollte Diagramme und Fotos enthalten, gutgeschrieben und verständlich sein.

Lernziele

Kenntnisse
Beschreibung von Ein- und Ausgabegeräten sowie spezifischer Hardware der haptischen und virtuellen Realität
• Haptische Geräte
• Haptische Handschuhe
• Haptische Entwicklungsplattformen und Anwendungen
• Haptische Schnittstellen
• Haptische Wahrnehmung
• Haptisches Feedback
Die Anwendungsbereiche haptischer Geräte und Anwendungen beschreiben
• Datenstrukturen und Algorithmen für haptische Geräte und anwendungsbasierte VR-Anwendungen
• Haptische 3D-Datenformate
• Räumliche Datenformate
Haptische Benutzerschnittstellen beschreiben
• Erstellung von haptischen Darstellungen
• Erstellung von haptischem Force Feedback
• Greifen von 3D-Objekten
• Manipulation von 3D-Objekten
• Navigation in haptischen Szenarien
• Systemkontrolle
Algorithmische und mathematische Grundlagen erklären
• Erfassung von Positionen und Orientierung
• Hand – Tracking
• Object – Tracking
• Haptic Rendering
• Algorithmen zum realistischen Rendering in Echtzeit Kollisionserkennung
• Schnittberechnungen zwischen Primitiven
• Diskrete und kontinuierliche Kollisionserkennung
Stabilitätsproblemen in VR und Teleoperationssystemen beschreiben
• Motion Sickness
• Feedbackverzögerung
• Vibrations- und Haptikprobleme
• Grafik- und Bildqualität
• Komplexität der Steurung
VR- und Haptik Technologien sowie ihrer ethischen und sozialen Auswirkungen beschreiben
• Datenschutz und Überwachung
• Realitätsverzerrung und psychologische Auswirkungen
• Haptisches Feedback in der Medizin und Rehabilitation
• Ethik der Simulation und des Trainings
• Inklusion und Barrierefreiheit
Kritischem Denken zur Identifizierung von Stärken, Schwächen und Qualität der Forschung beschreiben
Aufwand Präsenzlehre
Typ Präsenzzeit (h/Wo.)
Vorlesung 2
Besondere Literatur
keine/none
Besondere Voraussetzungen
keine
Begleitmaterial
Elektronischer Vortragsfolien, Online-Materialien, Standard-Laboranweisungen, Tutorials für Werkzeuge, Anleitungen/Verknüpfungen zu How-to-Websites, Haptische und tragbare Geräte, Kleidung, Handschuhe, Softwareentwicklungsplattformen wie Unity und Unreal Engine.
Separate Prüfung
keine

Lernziele

Fertigkeiten
• Erkennen von Merkmalen haptischer Geräte und Anwendungen
• Kennenlernen der Grundlagen der haptischen Wahrnehmung
• Positionen von haptischen Schnittstellen erkennen
• VR-Anwendungen mit haptischen Geräten entwickeln
• Haptische Systeme und Prozesse beurteilen
• Analysieren von haptischen Systemen und Prozessen
• Haptische Systeme und Verfahren testen
• Informationen und wissenschaftliche Literatur beschaffen, verstehen und auswerten
• Technische und wissenschaftliche Zusammenhänge darstellen und erläutern
• Eigene wissenschaftliche und technische Ergebnisse zielgruppengerecht präsentieren
• Anwenden wissenschaftlicher Methoden
• Haptische Systeme und Prozesse realisieren
• Grundlegende Steuerungen für Teleoperationen identifizieren und umsetzen
• Ursachen für Instabilitäten in VR- und Teleoperationssystemen verstehen
• Soziale und ethische Grundwerte anwenden
• Psychophysikalische und wahrnehmungsbezogene Tests entwerfen
• Diskutieren Sie die neuesten Technologien und ethischen und sozialen Implikationen von VR mit haptischen Geräten
• Lernfähigkeiten zu demonstrieren
• Sich selbst organisieren
• Sprachkenntnisse und interkulturelle Fähigkeiten anwenden
Aufwand Präsenzlehre
Typ Präsenzzeit (h/Wo.)
Praktikum 2
Besondere Literatur
keine/none
Besondere Voraussetzungen
keine
Begleitmaterial
Elektronischer Vortragsfolien, Online-Materialien, Standard-Laboranweisungen, Tutorials für Werkzeuge, Anleitungen/Verknüpfungen zu How-to-Websites, Haptische und tragbare Geräte, Kleidung, Handschuhe, Softwareentwicklungsplattformen wie Unity und Unreal Engine.
Separate Prüfung
keine

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