A Study of a Physical Property Setting Method for Haptic Rendering of Deformable Volumetric Objects

가변형 볼륨 물체의 햅틱 렌더링을 위한 물리적 속성 결정 방법의 연구

This paper proposes a method for determining material property of a haptic model which represents the haptic behavior of a target object. This paper also presents a haptic rendering framework. We adapt elastography to obtain the physical property of a target object. One of the key differences between the proposed framework and a traditional method is that the physical property of the target object can be easily set into a haptic model. For evaluating the proposed method, we construct a real-time palpation prototype simulator. In our work, a human liver is selected as a target object and the liver is represented by Shape-retaining Chain Linked Model(S-chain model) for satisfying the real-time performance. We conduct experiments whether a user easily distinguishes abnormal portions from normal portions. From the experimental results, we evaluate that the proposed method provides the discriminable force to users in real-time.

본 연구에서는 복셀(voxel) 단위로 물체의 햅틱 거동을 모사하는 햅틱 모델에 물리적 속성을 결정하기 위한 방법과 이를 이용한 햅틱 렌더링 구조(framework)를 제안한다. 또한 본 연구에서는 햅틱 모델에 물리적 속성을 결정하기 위해 탄성영상을 이용한다. 제안하는 방법과 기존 방법의 가장 큰 차이점은 제안하는 방법을 이용하면 원하는 물체의 물리적 속성을 쉽게 햅틱 모델에 적용하여 실제적인 햅틱 거동을 모사할 수 있다는 것이다. 본 연구에서는 또한 제안하는 방법을 평가하기 위하여 간단한 실시간 촉진 훈련 시뮬레이터를 구축한다. 구축한 시뮬레이터에서, 사용자에게 되돌려지는 힘은 제안한 방법으로 적용된 대상 물체의 물리적 속성과 상호작용 양에 따라 계산된다. 본 연구에서, 시뮬레이션 대상으로는 사람의 간을 선택하였고 간 모델은 실시간 햅틱 렌더링을 위하여 Shape-retaining Chain Linked Model(S-chain 모델)로 모델링하였다. 또한, 제안한 방법과 구축된 시스템을 이용하여 사용자가 물체를 촉진할 때 이상부분을 손쉽게 찾을 수 있는지에 대한 실험을 수행하였다. 본 연구의 실험 결과로부터, 제안하는 방법은 사용자에게 실시간으로 구별 가능한 힘을 전달해 줌을 알 수 있었다.