Vibrotactile signals analysis and fuzzy models of perception : application to automotive and aeronautics tactile interfaces
Analyse de signaux vibrotactiles et modèles flous de la perception : application aux interfaces tactiles pour l'automobile et l'aéronautique
Résumé
In the field of automotive and aeronautical industries, human interaction with touch interfaces can be improved by using vibratory feedback or haptic effects, directly delivered to the user finger upon screen interaction. This new approach, which pro-actively stimulates the tactile sense, provides a safer and reliable way to interact with touch interfaces. Moreover, complex vibrational patterns can be designed in order to offer unique tactile sensations and thus increase user’s quality of experience. In this context, our first contribution focuses on a time-frequency analysis of vibrational patterns using the continuous wavelet transform of the signal delivered by the interface, in order to extract its most salient features, chosen based on a psychophysical study of the tactile sense, and which account for human perception. Using these features, our second contribution is a psychophysical model of vibrotactile perception developed using fuzzy logic and an original rule-base extraction method extending the classical Wang-Mendel approach. This model predicts the perceived comfort induced by a vibratory pattern according to its psychophysical properties, and shows good performances. The knowledge retrieved allowed the detection of several behavioral paradigms of vibrotactile perception, such as the effect of energy and texture. Our third contribution is the development of an ergonomic model of vibrotactile perception based on the evaluations of an automobile expert. Thanks to its good performances, the model was successfully adapted to the aeronautics area.The results of this thesis provide assistance to equipment suppliers by simplifying the conception of haptic effects intended to improve human interaction with touch interfaces.
Dans les secteurs de l’automobile et l’aéronautique, l’interaction avec les écrans tactiles peut être rendue plus fiable par l’ajout d’un retour vibratoire (effet haptique) envoyé directement au doigt de l’utilisateur au moment du contact avec l’écran. Des patterns vibratoires complexes peuvent ainsi être créés afin d’améliorer la qualité de la sensation perçue et le plaisir de l’utilisation. Dans ce contexte, notre première contribution concerne l’analyse de patterns vibratoires à l’aide de la transformée en ondelettes continue du signal délivré par la dalle, afin d’extraire les caractéristiques les plus saillantes, choisies d’après une étude psychophysique du sens tactile, et qui sont en liaison avec la perception. A partir de ces caractéristiques, notre deuxième contribution s’articule autour d’un modèle psychophysique de la perception vibrotactile élaboré en utilisant des règles floues générées par une méthode originale étendant l’approche classique de Wang-Mendel. Le modèle prédit le niveau de confort induit par un pattern vibratoire en fonction de ses paramètres psychophysiques. Il présente de bonnes performances quantitatives. La connaissance ainsi obtenue a permis l’identification de plusieurs tendances comportementales importantes pour la perception vibrotactile comme l’effet de l’énergie et de la texture vibrotactile. La troisième contribution porte sur la conception d’un modèle ergonomique de la perception vibrotactile, en s’appuyant sur les évaluations d’un expert du domaine automobile. Suite aux bonnes performances obtenues, le modèle a été adapté avec succès pour le domaine aéronautique. Les résultats de cette thèse permettent ainsi d’aider les équipementiers en simplifiant la conception des effets haptiques adéquats, destinés à améliorer l’interaction avec les écrans tactiles
Origine : Version validée par le jury (STAR)
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