1,721,132 research outputs found
Coupled simulator for research on the interaction between pedestrians and (automated) vehicles
No full textDriving simulators are regarded as valuable tools for human factors research on automated driving and traffic safety. However, simulators that enable the study of human-human interactions are rare. In this study, we present an open-source coupled simulator developed in Unity. The simulator supports input from head-mounted displays, motion suits, and game controllers. It facilitates research on interactions between pedestrians and humans inside manual and automated vehicles. We present results of a demo experiment on the interaction between a passenger in an automated car equipped with an external human-machine interface, a driver of a manual car, and a pedestrian. We conclude that the newly developed open-source coupled simulator is a promising tool for future human factors research.Green Open Access added to TU Delft Institutional Repository 'You share, we take care!' - Taverne project https://www.openaccess.nl/en/you-share-we-take-care Otherwise as indicated in the copyright section: the publisher is the copyright holder of this work and the author uses the Dutch legislation to make this work public.Human-Robot InteractionMedical Instruments & Bio-Inspired Technolog
Rolling out a new Driving Simulator Concept - Design and Challenges of Wheeled Mobile Driving Simulators
No full textWheeled mobile driving simulators (WMDS) intend to cue the motion of road vehicles by moving a tire-bound, electrically driven, omnidirectional platform. The motion space of a WMDS is a planar surface, which can theoretically be increased infinitely without having to modify the system itself. The concept therefore has high potential to represent scenarios with long-lasting, longitudinal and lateral accelerations with high immersion. For this reason, the Technical University of Darmstadt and the Technische Universität Dresden are both independently developing full-scale prototypes of a WMDS. Both are currently working on common research questions and challenges, which arise from the tire characteristics and the unboundness of the system. This paper aims to give an overview of the two simulator designs and an insight into the main research topics and solution approaches for the development of wheeled mobile driving simulators
Efficient modelling of highway tracks for test case creation
No full textFor the construction of test catalogues for tests by simulation, one needs flexible and efficient means to define road layouts. A widely used and mature format for road layouts for simulation is the XML based OpenDRIVE. In combination with OpenSCENARIO for describing dynamic behavior of traffic participants and environment, these two forthcoming ASAM standards provide means for defining virtual test cases.
This contribution explores the potential of DSLs, in particular approaches like SimplifiedROAD, to realize higher levels of abstraction. It first presents enhancements of SimplifiedROAD which extend the set of available features. It goes on to announce elements and structures which are going to further raise the level of abstraction. Third, it discusses concepts which on the basis of these additions permit to define road layouts in a natural language style
A VRU-simulator for the evaluation of pedestrian- and cyclist-vehicle interaction. Design criteria and implementation
Full text linkThe closer investigation of road user interaction and individual behavior aspects of vulnerable road users requires human-in-the-loop simulator studies in order to achieve systematic results without bringing the test subjects in real danger. So far, there are only a limited number of pedestrian or bicycle simulators, so the main challenge is to define appropriate criteria for respective simulator environments and to build them accordingly. This paper explains an approach for this design process and describes the resulting simulators, recently brought into operation. First study results already give a hint about their effectiveness
Effects of visualization quality on the sense of presence in a pedestrian simulator
Full text linkWhen designing a VR user experience, presence seems to be a powerful factor. Being part of a plausible, interactable virtual environment not only inspires joy, but also allows for meaningful and immersive gameplay. The VR gaming industry is already an established multi-billion dollar business, but how can human-in-the-loop research benefit from this technology? Which visual standards must be met to ensure valid user data and does a gradation of the degree of realism affect criteria such as presence, task completion and simulator sickness and thus the validity of the simulation? The paper presents a pedestrian simulator study with thirty participants who were sequentially exposed to three versions of the same environment, where the degree of realism in visualization was varied. The study outlines the relationship between the level of visualization and the above criteria. The final data analysis allows the conclusion that a higher degree of realism leads to higher presence ratings but does not affect the overall performance of the subjects. Nonetheless the overall performance improved over time, independent of the degree of realism. Furthermore, there was no evidence of an effect of realism on simulator sickness. The rated simulator sickness was generally low and did not change over time
Operational Validation of Simulation Runs on Automated Simulation Platforms
Full text linkScenario based testing is one of the major concepts on the route towards establishing a process
for homologation of autonomous vehicles. While there is already a lot of progress in the domains of scenario
exploration and standardization of interfaces for simulation models enabling automated scenario simulation the
question of valid scalability is yet to be answered. Although container orchestration systems are widely used
throughout several industries, the impact of scheduling algorithms on simulation run validity is not studied yet.
Operational validity can become a concern as the hardware abstraction of such orchestration systems may oppose
the requirement to test software on hardware that resembles the production system. This paper presents a concept
on how to formalize operational validity and use this formalization to prove plausible simulation execution
Intelligent navigation in virtual environments
No full textLa réalité virtuelle (VR) connaît un développement rapide grâce aux technologies de jeux vidéo 3D et de casques immersifs abordables, permettant d'interagir plus facilement avec des environnements virtuels. Au cours du processus d'interaction, l'utilisateur est au centre de l'application et, par conséquent, il est primordial de comprendre les facteurs humains affectant l'expérience et la satisfaction de l'utilisateur. Ces facteurs sont cruciaux pour concevoir une navigation virtuelle aussi naturelle que ce que les utilisateurs font généralement inconsciemment dans le monde réel.Cependant, les techniques de navigation dans les environnements virtuels peuvent être exigeantes sur le plan cognitif et induire un cybermalaise, conduisant au rejet des technologies de réalité virtuelle. Divers factors humains peuvent influencer l'expérience utilisateur, en particulier le niveau de cybermalaise pendant l'immersion en réalité virtuelle. Comme ces effets sont individuellement différents, son évaluation correcte est un préalable à la conception de différentes techniques de navigation. Pour utiliser ces différences individuelles et adapter la dynamique de navigation, nous avons introduit un modèle de logique floue pour analyser les caractéristiques humaines liées à l'apparition du cybermalaise et déterminer un indice personnalisé de cybermalaise. En plus des approches d'évaluation actuelles, nous avons démontré comment mesurer le cybermalaise et la charge cognitive en utilisant le deep learning (autoencodeur LSTM) et TOPSIS. La méthode d'évaluation proposée peut être considérée comme une amélioration des approches d'évaluation actuelles. Les résultats suggèrent que le deep learning représente une alternative innovante intéressante pour mesurer le cybermalaise en se basant sur des mesures comportementales comme la balance posturale, et que TOPSIS peut améliorer la précision de mesure de la charge cognitive.Les progrès réalisés pour accroître le potentiel de la réalité virtuelle reposent également sur notre capacité à développer des techniques de navigation qui peuvent atténuer le cybermalaise de manière efficace. Nous avons introduit la navigation adaptative dans le sens de la personnalisation et conçu quatre techniques différentes et originales de navigation tenant compte de différents facteurs humains. Dans un premier temps, nous avons proposé une navigation semi-automatique pour lisser les trajectoires de navigation lors des déplacements de l'utilisateur. Deuxièmement, connaissant l'importance des profils de vitesse de navigation sur l'expérience utilisateur, nous avons conçu un limiteur de vitesse capable de minimiser le jerk total lorsque l'utilisateur navigue dans des environnements virtuels. Troisièmement, le modèle de logique floue introduit pour déterminer un indice personnalisé de cybermalaise a été utilisé pour proposer une dynamique de navigation personnalisée. Enfin, sur la base de la théorie du contrôle PID et des réseaux de neurones, nous avons conçu une stratégie adaptative en ligne pour adapter la vitesse de navigation sur la base de l'état physiologique. Pour chaque technique de navigation, des expérimentations ont été réalisées pour valider leurs performances dans l'amélioration de l'expérience utilisateur, et les résultats montrent une réduction significative du niveau de cybermalaise.Virtual reality (VR) has experienced fast development thanks to technologies from 3D computer games and affordable head-mounted devices (HMDs), making it possible to interact with virtual environments more easily. During the interaction process, the user is at the center of the application, and therefore, it is paramount to understand the human-related factors affecting user experience and satisfaction. These factors are crucial for designing virtual navigation as natural as users usually conduct subconsciously in the physical world.However, navigation techniques in virtual environments might be cognitively demanding and induce cybersickness, leading to the rejection of VR technologies. Various human-related factors can influence user experience, especially the level of cybersickness during immersion in VR applications. As these effects are individually different, its correct evaluation is a premise for designing different navigation techniques. To use these individual differences for adapting the navigation dynamics, we successfully introduced a fuzzy logic model to analyze human characteristics related to cybersickness and output a personalized cybersickness indicator. On top of the current evaluation approaches, we demonstrated how to measure cybersickness and cognitive workload based on deep learning (LSTM autoencoder) and TOPSIS. The proposed evaluation method can be regarded as an improvement for the current evaluation approaches. The results suggest that deep learning represents an interesting innovative alternative to measure cybersickness based on behavioral assets such as posture sway, and TOPSIS can improve the measuring accuracy for the cognitive workload.The progress in unlocking the potential of VR also relies on our ability to develop navigation techniques that can mitigate cybersickness efficiently. We introduced adaptive navigation in the sense of personalization and designed four different original navigation techniques considering human-related factors. First, we proposed semiautomatic navigation to smoothen navigation trajectories during user displacement. Second, knowing the importance of navigation speed profiles on user experience, we designed a speed protector that can minimize the total jerk when the user navigates in virtual environments. Third, the fuzzy logic model introduced to compute a personalized cybersickness indicator was used to propose personalized navigation dynamics. Last, based on the PID control theory and neural networks, we designed an online adaptive strategy to adapt the navigation speed based on physiological assets. For each navigation technique, user experiments were performed to validate its performance in improving user experience, and the results manifest a significant reduction of cybersickness severity
Modèle Dynamique Temps-Réel pour l'Animation d'Objets Poly-Articulés dans les Environnements Contraints, Prise en Compte des Contacts Frottants et des Déformations Locales : Application en Robotique Humanoïde et aux Avatars Virtuels
No full textThis thesis proposes an interactive dynamic simulation for multibody systems using constraint-based methods for computing interaction forces with friction. This simulator is a part of a general framework for prototyping called AMELIF. We focus on optimizing the computation of the dynamics to obtain real-time simulations that allow to realize interactive collaborative tasks. We also integrate deformation models in order to, first simulate internal flexibilities of actual robots, and second simulate future robots that will have a deformable skin. Our simulator has been validated through different scenarios for manipulation and posture generation.Ce travail de thèse présente un simulateur dynamique interactif pour corps poly-articulés utilisant des méthodes par contraintes pour calculer les efforts d'interaction avec frottements. Ce simulateur est une partie intégrante d'un logiciel de prototypage nommé AMELIF. Nous nous intéressons à optimiser le calcul de la dynamique pour obtenir des simulations en temps-réel et qui nous permettent de réaliser des tâches collaboratives interactives. Nous intégrons également des modèles de déformations pour pouvoir simuler, d'une part les flexibilités internes présentes sur les robots actuels, et d'autre part les futurs robots munis d'une peau flexible. Notre simulateur a été validé par différents scénarios de manipulation et de génération de postures
Modèle Dynamique Temps-Réel pour l'Animation d'Objets Poly-Articulés dans les Environnements Contraints, Prise en Compte des Contacts Frottants et des Déformations Locales : Application en Robotique Humanoïde et aux Avatars Virtuels
No full textThis thesis proposes an interactive dynamic simulation for multibody systems using constraint-based methods for computing interaction forces with friction. This simulator is a part of a general framework for prototyping called AMELIF. We focus on optimizing the computation of the dynamics to obtain real-time simulations that allow to realize interactive collaborative tasks. We also integrate deformation models in order to, first simulate internal flexibilities of actual robots, and second simulate future robots that will have a deformable skin. Our simulator has been validated through different scenarios for manipulation and posture generation.Ce travail de thèse présente un simulateur dynamique interactif pour corps poly-articulés utilisant des méthodes par contraintes pour calculer les efforts d'interaction avec frottements. Ce simulateur est une partie intégrante d'un logiciel de prototypage nommé AMELIF. Nous nous intéressons à optimiser le calcul de la dynamique pour obtenir des simulations en temps-réel et qui nous permettent de réaliser des tâches collaboratives interactives. Nous intégrons également des modèles de déformations pour pouvoir simuler, d'une part les flexibilités internes présentes sur les robots actuels, et d'autre part les futurs robots munis d'une peau flexible. Notre simulateur a été validé par différents scénarios de manipulation et de génération de postures
Développement de techniques de navigation en immersion virtuelle: vers la personnalisation de l’interaction
No full textVirtual reality is witnessing great interest for a couple of years, thanks to the availability on the market of more and more accessible technologies (head-mounted displays, development tools). This rise is materialized by more and more applications in various fields, from industry to education, through healthcare, cultural heritage or driving simulation, with tangible benefits for users.This enthusiasm for these technologies is however curbed by major scientific issues that are still being the object of intensive research. On one hand, it is well known that virtual immersion is prone to a characteristic sickness, called cybersickness, especially while navigating. On the other hand, the specificity of virtual reality being to allow interaction between users and virtual environments, interaction devices and methods must be developed; however these are often complex for novice users. Last, though virtual reality is supposed to be user-centered, interaction methods aredeveloped to be used uniformly, whatever the user, his/her profile, his/her own specificities.This manuscript presents research work done since 2011 to address these issues. The main goal of my work is to propose innovative approaches to interact, and specifically navigate, within virtual environments in an affordant and ergonomic way while considering their influence on users, with the aim to tend toward customizing interaction and more generally virtual reality, which is necessary for a better diffusion of these technologies.To fulfill this goal, I first present in this manuscript studies that we performed on human factors occuring during a navigation task : distance perception, transfer of an experience between virtual reality facilities. We then focused on cybersickness : we studied different metrics to estimate cybersickness and proposed means to predict its occurrence. I present then several navigation methods that we proposed following these studies taking into account intuitivity and cybersickness reduction constraints : we considered natural methods, artificial or computer-based methods and a method that is qualified as semi-automatic. The contribution of multi-sensory feedback is also exposed, through the development of a hands-on interaction device and an industrial use-case. Finally I present a first approach of adaptation of navigation methods to users, as a first step toward advanced customized and smart virtual reality.I conclude the manuscript by drawing four research perspective axes that are : (i) to propose a navigation mode in which the notion of avatar is redefined to become a partially autonomous entity and thus become a virtual companion that helps the user navigating in the virtual environment (collaborative navigation), (ii) to deepen the integration of multi-sensory feedback by exploring most of the human senses (haptic/vestibular feedback, auditory and olfactory feedback), (iii) to apply the research work to driving simulation (especially of autonomous vehicles), the latter being closely linked to virtual reality in terms of scientific issues, and (iv) to consider, on a much more exploratory basis, an interaction mode called subconscious in which brain signals are analyzed to determine the way to activate the same cerebral zones in virtual immersion as in dreams (which would allow for example to get rid of cybersickness issues).La réalité virtuelle connaît un essor important depuis plusieurs années grâce à l’arrivée sur le marché de dispositifs de plus en plus accessibles (casques de réalité virtuelle, outils de développement). Cet essor se traduit par des applications de plus en plus nombreuses dans des domaines variés, allant de l’industrie à l’éducation, en passant par la santé, le patrimoine ou encore la simulation de conduite, avec des bénéfices tangibles pour les utilisateurs.Cet engouement pour ces technologies est cependant freiné par des verrous scientifiques importants et qui font toujours l’objet de recherches intenses. D’une part, il est bien connu que l’immersion dans un environnement virtuel induit un mal-être caractéristique appelé cybermalaise, et à plus forte raison lors d’une tâche de navigation. D’autre part, la spécificité de la réalité virtuelle étant de permettre une interaction entre l’utilisateur et l’environnement virtuel, des interfaces et des méthodes d’interaction doivent être développées; or celles-ci s’avèrent difficiles à appréhender pour un utilisateur non averti. Enfin, bien que la réalité virtuelle est sensée être centrée sur l’utilisateur, les méthodes d’interaction sont développées pour être uniformes, quel que soit l’utilisateur, son profil, ses caractéristiques propres.Ce manuscrit présente les travaux de recherche effectués depuis 2011 pour traiter ces problématiques. L’objectif principal de mes travaux est de proposer des approches innovantes pour interagir, et plus spécifiquement naviguer, en environnement virtuel de manière affordante et ergonomique tout en considérant leur influence sur l’utilisateur, pour tendre vers une personnalisation de l’interaction et plus généralement de la réalité virtuelle, nécessaire pour une meilleure diffusion de ces technologies.Pour répondre à cet objectif, je présente d’abord dans ce manuscrit les études que nous avons réalisées sur les facteurs humains intervenant lors d’une tâche de navigation : perception des distances, transfert d’une expérience entre dispositifs de réalité virtuelle. Nous nous sommes ensuite davantage intéressés au cybermalaise : nous avons étudié différentes métriques permettant d’estimer le cybermalaise et proposé des moyens pour prédire son occurrence. Je présente ensuite plusieurs méthodes de navigation que nous avons proposées à partir de ces informations prenant en compte les contraintes d’intuitivité et de réduction du cybermalaise : nous avons considérédes méthodes naturelles, des méthodes artificielles ou informatiques et une méthode qualifiée de semi-automatique. L’apport de la multi-sensorialité est également exposée, à travers le développement d’un dispositif d’interaction à main nue et d’un cas d’usage industriel. Je présente enfin une première approche d’adaptation des méthodes de navigation à l’utilisateur, prélude à une personnalisation poussée et à une intelligence de la réalité virtuelle.Je conclus le manuscrit en proposant quatre axes de perspectives de recherche qui sont : (i) de proposer un mode de navigation dans lequel la notion d’avatar est redéfinie pour devenir une entité partiellement autonome et devenir de fait un compagnon virtuel de l’utilisateur pour l’aider à naviguer en environnement virtuel (navigation collaborative), (ii) d’approfondir l’intégration de la multi-sensorialité dans l’interaction en explorant la plupart des sens humains (retour haptique/vestibulaire, retour auditif et olfactif), (iii) d’appliquer les travaux effectués à la simulation de conduite (en particulier de véhicules autonomes), cette dernière étant très liée à la réalité virtuelle en termes de verrous scientifiques, et (iv) d’envisager, de manière beaucoup plus exploratoire, un mode d’interaction dit subconscient dans lequel les signaux cérébraux sont analysés pour déterminer la manière d’activer en immersion virtuelle les mêmes zones cérébrales que dans un rêve (ce qui permettrait par exemple de s’affranchir des problématiques de cybermalaise)
- …
