Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
A Novel, Wave-based Control Architecture for Collaborative Haptic Virtual Environments
KTH, School of Industrial Engineering and Management (ITM).
2019 (English)Independent thesis Advanced level (degree of Master (Two Years)), 20 credits / 30 HE creditsStudent thesisAlternative title
Ett vågvariabelsbaserat, distribuerat styrsystem för kollaborativa haptiska virtuella miljöer (Swedish)
Abstract [en]

Haptic feedback, the introduction of sense-of-touch into virtual environments, has been shown to have many benefits in practical applications. One such area of interest, is the increased performance of tasks that require collaboration. In the literature however, a tradeoff has been identified between transparency and consistency among remotely connected users.

The purpose of this thesis is to explore the realisation of a hybrid network architecture to try to gain the transparency benefits of a peer-to-peer (P2P) architecture, and the consistency and scalability benefits of a client-server (CS) architecture. Unlike the conventional CS case where the client only has a static local copy of the object, the hybrid architecture introduces a dynamics engine on the client side. There is still a central node in the topology, designated the Observer, which contains the central model and all information about the virtual environment. To maintain consistency, the Observer is connected to each client model by a consensus controller, which act as a virtual coupling.

Different distributed control strategies and choice of parameter distributions are investigated and evaluated in simulation. To ensure passivity, and thus stability, wave variable transforms are proposed as an alternative to power variables, which also removes the controller design from the analysis. A passivity-preserving, prediction-based reflection compensation algorithm is also proposed to improve the user experience during collaboration. The proposed solution is generalised for an arbitrary amount of users, for any degree of freedom, while the evaluation is limited to two users in a 1-DOF use-case.

Finally, a comparison is performed in simulation between the proposed hybrid architecture and the state-of-the-art P2P and CS architectures. The findings are evaluated in regards to stability, consistency, and transparency.

Abstract [sv]

Haptisk återkoppling är ett samlingsnamn för tekniker som introducerar känsel som en informationskanal för användare i virtuella miljöer, vilket har visat sig ha en fördelaktig påverkan på flertaliga praktiska applikationer. Ett område som visat sig särskilt intressant är de uppgifter som kräver kollaboration mellan användare. För sådana uppgifter har det inom forskningen identifierats en tydlig avvägning mellan haptisk transparens, och konsistens mellan fjärranslutna användare.

Syftet med detta examensarbete är att utforska realisationen av en hybrid nätverksarkitektur, med syfte att kombinera transparensfördelarna från peer-to-peer, med skalbarheten och konsistensfördelarna från en klient/server-arkitektur. Till skillnad från den konventionella lösningen, där klienten endast har en statisk kopia av det virtuella föremålet, så introducerar den hybrida lösningen en fysikmotor även på klientsidan. Den centrala noden i topologin kvarblir, och innehåller en central modell samt all övrig information om den virtuella miljön. För att bibehålla konsistens, är varje klient kopplad till centralnoden med en s.k. konsensusregulator, som agerar som en virtuell fjäderkoppling.

Olika distribuerade styrningsstrategier och parameterval utforskas och utvärderas i en förenklad simulering med en frihetsgrad. För att säkerställa passivitet, och därmed stabilitet, föreslås vågvariabler som ett alternativ till effektvariabler, vilket även frikopplar regulatorsyntesen från analysen. En passivitetsbevarande vågkompenseringsalgoritm presenteras även, för att förbättra användarupplevelsen under kollaboration. Den förslagna konfigurationen är generaliserad för en godtycklig mängd användare, och för en godtycklig frihetsgrad, medans utvärderingen sker för två användare med en frihetsgrad.

Slutligen sammanställs en jämförelse mellan den föreslagna hybrida arkitekturen och en nutida klient/server- samt peer-to-peer-arkitektur. Resultaten utvärderas med avseende på stabilitet, konsistens, and transparens.

Place, publisher, year, edition, pages
2019. , p. 76
Series
TRITA-ITM-EX ; 2019:429
National Category
Engineering and Technology
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-264593OAI: oai:DiVA.org:kth-264593DiVA, id: diva2:1374505
External cooperation
Ericsson Research
Supervisors
Examiners
Available from: 2019-12-02 Created: 2019-12-02 Last updated: 2019-12-02Bibliographically approved

Open Access in DiVA

fulltext(2946 kB)8 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 2946 kBChecksum SHA-512
d1397537dc32ddcd895aa71c1274780ec72afb7c3fbcb93f13f2c7642261857834be0b4f421ee5bf8a6837131d0cf6ba1d24fc76b3deaab76e7b559b7048d025
Type fulltextMimetype application/pdf

By organisation
School of Industrial Engineering and Management (ITM)
Engineering and Technology

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 8 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

urn-nbn

Altmetric score

urn-nbn
Total: 34 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf