Design of a virtual environment for discrimination tasks to determine the psychometric function

Abstract

Bu tezde, farklı sertliklerde nesneler arasında ayrım yapmak için psikofiziksel görevleri gerçekleştirmek üzere nesnelerin etkileşimi için sanal bir ortam geliştirmek amacıyla Gazebo simülasyon yazılımını kullandık. Sanal ortam bir sondalama aygıtı, bir küp ve bir kaydırıcıdan oluşur. Sonda cihazı, kaydırıcıda hareket eden küpe dokunmak için kullanılır. Çevre, farklı sertlikte nesneler içerir ve kullanıcı bu nesneler arasında ayrım yapmaya çalışır. Küpteki deformasyonun etkisini taklit etmek için, küpü bir kütle yay sönümleyici sistemi olarak modeledik, böylece nesne, küp ile temas eden probdan üretilen kuvvet tarafından itilen mesafeye orantılı bir kuvvet oluşturur. Yayın k sabiti, her denemede farklı sertlik özelliklerine sahip `dokunma` nesnelerinin algısını simüle etmek için manipüle edildi. Sanal ortam, her bir küpün adım yanıtını farklı k sabitleri ile kaydederek test edildi. Küp modele göre deforme oldu.Altı kullanıcıdan sertlik ayrımcılığı için sanal ortamda psikofiziksel denemeler yapmaları istendi. Dışında benzer olan ancak en sert küpün referans nesne olarak kullanıldığı farklı sertliklere sahip altı küp vardı. Deneklerden bu nesneler ve referans nesne arasında ayrım yapmaları istendi ve biz psikometrik eğri çizdik ve üretilen verilerden ayrımcılık eşiğini belirledik. Deney, her aşamada yirmi denemeyle üç aşamada yapıldı. İlk aşamada, kullanıcı sanal ortamı görür ve ayrıca işitsel sinyali dinlerdi. İkinci aşamada, kullanıcı gözü kapalı ve sadece ses sinyali aldı. Üçüncü aşamada, sanal ortamın işitsel sinyali susturuldu ve kullanıcı yalnızca küpün hareket ettiği mesafe olan görsel sinyali aldı. Bu, her geri bildirim türünün yanıtını karşılaştırmak için yapıldı. Psikofiziksel denemeler, sanal ortamın, kullanıcının görsel ve / veya sesli geri bildirime dayalı farklı sertlikteki nesneler arasında ayrım yapabilme yeteneğinin psikometrik eğrisi ve ayrımcılık eşiğini belirlemek için kullanılabileceğini göstermektedir.Anahtar Sözcükler: Psikofizik, Psikometrik fonksiyon, Sanal Ortam, Uyarıcı, Ayırt etme eşiği.

In this thesis, we used the Gazebo simulation software to develop a virtual environment for interactions of objects to perform psychophysical tasks to distinguish between objects at differing stiffnesses. The virtual environment is composed of a probing device, a cube, and a slider. The probing device is used to touch the cube which moves on the slider. The environment includes objects of different stiffnesses, and the user attempts to discriminate between these objects. To simulate the effect of deformation in the cube, we modeled the cube as a mass-spring-damper system, so the object generates a force proportional to the distance it is pushed by force generated from the probe contacting the cube. The virtual environment was tested by recording the step response of each cube with different k constants. The cube deformed according to the model. Six users were asked to perform psychophysical trials on the virtual environment for stiffness discrimination. Six identical cubes with different stiffnesses were used, where the stiffest cube was used as the reference. The subjects were asked to discriminate between each cube and the reference object. Then we plotted the psychometric curve and determined the discrimination threshold from the data produced. The experiment was done in three phases with twenty trials in each phase. In the first phase, the user would see the virtual environment and also listen to the auditory signal. In the second phase, the user was blindfolded and only received the audio signal. In the third phase, the auditory signal of the virtual environment was muted, and the user only received the visual signal, which was the distance the cube moved. The psychophysical trials show that the virtual environment can be used to determine the psychometric curve and discrimination threshold of the user's ability to discriminate between objects of different stiffnesses.Keywords: Psychophysics, Psychometric Function, Virtual Environment, Stimulus, Discrimination Threshold.