Surface exploration in virtual reality has a large potential to enrich the user’s experience. It could for example be used to train and simulate medical palpation. During palpation, users tap, indent, and rub the surface of a sample to estimate the underlying properties. However, up to now there is no good approach to render such intricate interaction realistically. This paper introduces 6 degrees of freedom (DoF) encountered-type haptic display technology for simulating surface exploration tasks. Among the different phases of exploration, this article focuses on the ‘in-contact sliding’ phase. Two novel control approaches to render sliding over a virtual surface are elaborated. A first rendering method generates lateral frictional forces as the finger slides over the surface. A second method adjusts the inclination of the end-effector to render tissue properties. With both methods a stiff nodule embedded in a soft tissue was prepared. User experiments were carried out to find proper parameter and intensity ranges and to confirm the feasibility of the new rendering schemes. Participants indicated that both rendering schemes felt realistic. Compared to earlier work, where only the vertical stiffness was altered, lower thresholds to detect and localise embedded virtual nodules were found. Users also made fewer errors in detecting nodule edges. Furthermore, the method that used end-effector inclination allowed faster discovery of the nodule’s edges. It is expected that approaches that combine both rendering methods could provide an even more realistic feel.

中文翻译：

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一种通过 6 自由度接触式触觉显示器对虚拟触诊进行表面探测的新方法

虚拟现实中的表面探索具有丰富用户体验的巨大潜力。例如，它可以用于训练和模拟医学触诊。在触诊过程中，用户轻敲、缩进和摩擦样品表面以估计潜在特性。然而，到目前为止，还没有很好的方法来真实地渲染这种复杂的交互。本文介绍了用于模拟表面探索任务的 6 自由度 (DoF) 遭遇式触觉显示技术。在探索的不同阶段中，本文重点介绍“接触滑动”阶段。详细阐述了渲染在虚拟表面上滑动的两种新颖控制方法。当手指在表面上滑动时，第一种渲染方法会产生横向摩擦力。第二种方法调整末端执行器的倾斜度以呈现组织特性。用这两种方法都制备了嵌入软组织中的硬结节。进行了用户实验以找到合适的参数和强度范围，并确认新渲染方案的可行性。参与者表示，两种渲染方案都感觉逼真。与仅改变垂直刚度的早期工作相比，发现检测和定位嵌入的虚拟结节的阈值较低。用户在检测结节边缘时也犯了更少的错误。此外，使用末端执行器倾斜的方法可以更快地发现结节的边缘。预计结合两种渲染方法的方法可以提供更逼真的感觉。用这两种方法都制备了嵌入软组织中的硬结节。进行了用户实验以找到合适的参数和强度范围，并确认新渲染方案的可行性。参与者表示，两种渲染方案都感觉逼真。与仅改变垂直刚度的早期工作相比，发现检测和定位嵌入的虚拟结节的阈值较低。用户在检测结节边缘时也犯了更少的错误。此外，使用末端执行器倾斜的方法可以更快地发现结节的边缘。预计结合两种渲染方法的方法可以提供更逼真的感觉。用这两种方法都制备了嵌入软组织中的硬结节。进行了用户实验以找到合适的参数和强度范围，并确认新渲染方案的可行性。参与者表示，两种渲染方案都感觉逼真。与仅改变垂直刚度的早期工作相比，发现检测和定位嵌入的虚拟结节的阈值较低。用户在检测结节边缘时也犯了更少的错误。此外，使用末端执行器倾斜的方法可以更快地发现结节的边缘。预计结合两种渲染方法的方法可以提供更逼真的感觉。进行了用户实验以找到合适的参数和强度范围，并确认新渲染方案的可行性。参与者表示，两种渲染方案都感觉逼真。与仅改变垂直刚度的早期工作相比，发现检测和定位嵌入的虚拟结节的阈值较低。用户在检测结节边缘时也犯了更少的错误。此外，使用末端执行器倾斜的方法可以更快地发现结节的边缘。预计结合两种渲染方法的方法可以提供更逼真的感觉。进行了用户实验以找到合适的参数和强度范围，并确认新渲染方案的可行性。参与者表示，两种渲染方案都感觉逼真。与仅改变垂直刚度的早期工作相比，发现检测和定位嵌入的虚拟结节的阈值较低。用户在检测结节边缘时也犯了更少的错误。此外，使用末端执行器倾斜的方法可以更快地发现结节的边缘。预计结合两种渲染方法的方法可以提供更逼真的感觉。用户在检测结节边缘时也犯了更少的错误。此外，使用末端执行器倾斜的方法可以更快地发现结节的边缘。预计结合两种渲染方法的方法可以提供更逼真的感觉。用户在检测结节边缘时也犯了更少的错误。此外，使用末端执行器倾斜的方法可以更快地发现结节的边缘。预计结合两种渲染方法的方法可以提供更逼真的感觉。