Perception of audio-haptic textures for new touchscreen interactions
Perception des textures audio-haptiques pour de nouvelles interactions avec un écran tactile
Résumé
An ever-increasing number of human-machine interfaces have embraced touchscreens as their central component, such as in smartphones, laptops, terminals, etc. Their success has been particularly noticeable in the automotive industry, where physical buttons have been replaced by touchscreens to handle multiple elements of the driving environment. However, contrary to physical buttons, these interfaces do not possess any tangible elements that allows the user to feel where the commands are. Without tactile feedback, users have to rely on visual cues and simple adjustment tasks become significant distractions that may lead to dangerous situations while driving.
Recently, haptic touchscreens have emerged to restore tangibility to these interfaces, by rendering the sensation of feeling textures and shapes through friction modulation. However, we still do not have a good understanding of how these synthetic textures are perceived by humans, which is crucial to design meaningful and intuitive haptic interfaces.
In this thesis, I first show that the perception thresholds of friction modulated textures are similar to vibrotactile thresholds. Then, I investigate the perception of haptic gradients, i.e., textures whose spatial frequency gradually changes. Hence, a law that describes the minimal exploration distance to perceive a given gradient is deduced. This law is similar to the auditory perception of rhythm variations, which suggests that there are common mechanisms between the two modalities. Finally, I demonstrate that gradient haptic feedback can guide a user to adjust a setting on an interface without vision.
The findings shed new light on the understanding of haptic perception and its multisensory interactions and open up new possibilities in terms of human-machine interaction.
Les écrans tactiles ont envahi notre quotidien et sont maintenant présents dans un grand nombre d'appareils tels que les téléphones, les ordinateurs, les bornes de commande, etc. Leur succès a aussi gagné l'industrie automobile, où les écrans ont remplacé les boutons physiques pour gérer les paramètres de l'environnement de conduite. Cependant, contrairement aux boutons physiques, les interfaces sur écran tactile ne possèdent pas d'éléments tangibles permettant à l'utilisateur de sentir les commandes. Sans retours tactiles, les utilisateurs ne peuvent se fier qu'aux indications visuelles et de simples tâches de réglage peuvent devenir des distractions importantes au volant.
Récemment, les écrans haptiques ont fait leur apparition pour redonner une certaine tangibilité à ces interfaces en permettant de procurer des sensations de texture et de relief à leur surface grâce à la modulation de frottement. Cependant, nous ne comprenons toujours pas bien comment ces textures synthétiques sont perçues par l’homme, ce qui est une question cruciale pour concevoir des interfaces haptiques pertinentes et intuitives.
Dans cette thèse, je montre tout d’abord que les seuils de perception des textures par modulation de frottement sont similaires aux seuils de perception des vibrations. Ensuite, j’étudie la perception des gradients haptiques, des textures dont la fréquence spatiale évolue progressivement. Il en ressort une loi décrivant la distance minimale d’exploration pour percevoir un gradient donné. Cette loi se révèle similaire à la perception auditive des variations de rythme, ce qui suggère qu’il existe des mécanismes communs entre les deux modalités. Enfin, je démontre que les retours haptiques de type gradient peuvent guider un utilisateur pour lui permettre d’ajuster un paramètre sur une interface sans recourir à la vision.
Ces résultats apportent un éclairage nouveau sur la compréhension de la perception haptique et ses liens avec la perception auditive, et ouvrent de nouvelles possibilités en termes d’interaction homme-machine.
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