Κατασκευή διαδραστικής επιφάνειας με χωρητική αίσθηση.

Abstract

Ο όρος Haptics (απτικός) έχει εισέλθει στην κοινωνία και στις ζωές των ανθρώπων τα τελευταία χρόνια προσφέροντας πολλαπλές δυνατότητες και διευκολύνοντας αισθητά την καθημερινότητα. Επομένως, ιδιαίτερο ερευνητικό ενδιαφέρον έχει παρουσιαστεί ως τώρα στην μελέτη, σχεδίαση και κατασκευή εφαρμογών με χωρητική συμπεριφορά. Η εισαγωγή της αίσθησης της αφής σε διαδραστικές εφαρμογές αντιπροσωπεύει μια θεμελιώδη αλλαγή στην αλληλεπίδραση μεταξύ ανθρώπου και υπολογιστή. Συνεπώς, ολοένα και περισσότερες υλοποιήσεις που χρησιμοποιούν την αίσθηση της αφής κατασκευάζονται προσφέροντας στους χρήστες πληθώρα διαδραστικών επιλογών. Επιπλέον αναζητούνται τρόποι για την βελτιστοποίηση υπαρχουσών εφαρμογών υιοθετώντας τεχνολογίες όπως η χωρητική αίσθηση. Στο προσκήνιο επίσης έχει εμφανιστεί το Projection Mapping το οποίο αποτελεί μια τεχνική χαρτογράφησης προβολής που έχει αποσπάσει τρομερές κριτικές και σχόλια από πλήθος ερευνητών και επαγγελματιών στον χώρο των υπολογιστών και του HCI (Human-Computer Interaction). Παρότι ο όρος Projection Mapping είναι σχετικά νέος, η τεχνική αυτή χρονολογείται πίσω στα τέλη της δεκαετίας του 1990, όπου εκεί αναφέρεται κυρίως ως Spatial Augmented Reality ή Video Mapping. Η τεχνική χρησιμοποιεί προβολείς και πραγματοποιεί χαρτογράφηση των εξόδων τους επάνω σε επιφάνειες ανεξάρτητα με την θέση, την γωνία και τον προσανατολισμό τους. Η μέθοδος διαδόθηκε εξαιρετικά γρήγορα σε ολόκληρο τον κόσμο κατά τη διάρκεια της τελευταίας δεκαετίας και έχει ως βασικό στόχο τον απρόσκοπτο συνδυασμό του εικονικού και φυσικού κόσμου χρησιμοποιώντας εργαλεία δημιουργίας 2D και 3D γραφικών συνδυαστικά. Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας ήταν η μελέτη, η σχεδίαση και η κατασκευή μιας διαδραστικής επιφάνειας που θα εφαρμόζει την αίσθηση της αφής με χρήση αυτοσχέδιων χωρητικών αισθητήρων. Σημαντική προσθήκη στην σχεδίαση της εφαρμογής αποτέλεσε η χαρτογράφηση προβολής Projection Mapping για την οποία ζητούμενο ήταν να χρησιμοποιηθούν απλά και εύκολα κατανοητά γραφικά. Σε πρώτο στάδιο έγινε έρευνα επάνω στην επιστήμη της χωρητικής αίσθησης και τον τρόπο με τον οποίο λειτουργεί. Στη συνέχεια έγινε μελέτη παλαιότερων υλοποιήσεων που έχουν εφαρμόσει την χωρητική αίσθηση ως μέσω επικοινωνίας μεταξύ χρήστη-υπολογιστή και έγινε ανάλυση των αγώγιμων υλικών που χρησιμοποίησαν για την κατασκευή των χωρητικών αισθητήρων. Ακολούθως, υλοποιήθηκαν οι απαραίτητες δοκιμές σε διαφορετικά υλικά ώστε να επιλεχθεί το καταλληλότερο με στόχο να χρησιμοποιηθεί στη παρούσα εργασία. ΄Επειτα, μελετήθηκε η τεχνική του Projection Mapping και ο τρόπος που μπορεί να ενσωματωθεί στην εφαρμογή για την επίτευξη οπτικών διαδράσεων με την βοήθεια προβολέα.

The term Haptics has entered society and people’s lives, offering multiple possibilities and significantly facilitating everyday life. Consequently, the research and scientific community has shown considerable interest in the study, design and construction of applications with capacitive behaviour. Introducing the sense of touch into interactive applications represents a fundamental change in human-computer interaction. Therefore, more and more implementations that utilize the sense of touch are constructed and offering users a plethora of interactive options. In addition, ways are being sought to optimize subsisting applications by adopting technologies such as capacitive sensing. Projection Mapping has also come to the fore and garnered tremendous reviews and comments from a number of researchers and professionals in the field of computers and Human-Computer Interaction (HCI). Although the term Projection Mapping is relatively new, this technique dates back to the late 1990s, where it is referred to mainly as Spatial Augmented Reality or Video Mapping. The technique uses projectors and maps their outputs on surfaces regardless of their position, angle and orientation. The method has spread rapidly around the world over the last decade and its main goal is the seamless combination of the virtual and natural world using 2D and 3D graphics tools combined. Primary aim of the present thesis was to study, design and construct an interactive surface that will apply the sense of touch using improvised capacitive sensors. An important addition to the design of the application was the projection mapping, aiming the usage of simple and easy to understand graphics. In the first stage, research was done on the science of capacitive sense and how it works. Afterwards, older implementations were studied which have applied the capacitive sense as a means of communication between user and computer. Furthermore, a significant amount of time was dedicated on analyzing the conductive materials used for the construction of the capacitive sensors above. Subsequently, the necessary tests were performed on different materials in order to select the most suitable one to be used in the present work. Finally, the Projection Mapping technique was studied and the way it can be integrated into the application to achieve visual interactions with the help of a projector.