The Effects of a Multi-Point Thermal Haptic Ring System on Presence in a VR Environment

Resumo Técnico: Os Efeitos de um Sistema de Anéis Hápticos Térmicos de Múltiplos Pontos na Presença em um Ambiente de VR

Definição do Problema
Embora os sistemas contemporâneos de Realidade Virtual (VR) ofereçam estímulos visuais e auditivos convincentes, a interação com objetos virtuais frequentemente carece de completude física. O feedback háptico é essencial para abordar essa limitação, contudo, o feedback térmico — uma propriedade fundamental para a discriminação de materiais e identificação de objetos — permanece subexplorado no que diz respeito à sua contribuição específica para a "presença" (a experiência subjetiva de estar em um ambiente virtual). Pesquisas anteriores de haptismo térmico concentraram-se amplamente no desempenho do dispositivo, detecção de estímulos ou identificação de materiais, em vez do impacto experiencial do feedback térmico acionado pelo contato. Além disso, estudos existentes frequentemente combinam pistas ambientais com pistas específicas de objetos, tornando difícil isolar os efeitos do contato térmico localizado. Há uma necessidade de determinar se o feedback térmico localizado e acionado por contato, entregue via dispositivos vestíveis, aumenta dimensões específicas de presença, como a presença espacial e o realismo experimentado, sem alterar o senso geral de envolvimento.

Metodologia
O estudo empregou um delineamento experimental intra-sujeitos, balanceado por contrapeso, com 30 participantes (estudantes e funcionários da University of the West of Scotland). Os participantes interagiram com um ambiente de VR usando um headset Meta Quest 2 e um aparato térmico háptico construído sob medida.

• Aparato: O sistema consistia em dois módulos de anéis controlados independentemente, usados nos dedos indicador e anelar da mão direita. Cada anel integrava um módulo termoelétrico (Peltier), uma interface de elastômero termoplástico, um sensor de temperatura incorporado e um sistema de dissipação de calor (dissipador de calor de alumínio e camada de grafeno). Os anéis eram conectados a uma unidade de controle externa que regulava a saída térmica com base no feedback do sensor.
• Ambiente Virtual: O ambiente continha três cilindros cinzentos visualmente idênticos. Os participantes deveriam agarrá-los sem pistas visuais de temperatura.
• Condições:
  • Condição Ativa: Agarrar um cilindro disparava comandos térmicos específicos. O cilindro da esquerda fornecia frio uniforme (comando de 5°C para ambos os anéis); o cilindro do meio fornecia feedback espacialmente diferenciado (5°C para o dedo indicador, 42°C para o dedo anelar); o cilindro da direita fornecia calor uniforme (42°C para ambos os anéis).
  • Condição Inativa: Os participantes usavam o mesmo aparato e realizavam a mesma tarefa, mas nenhuma saída térmica era ativada.
• Procedimento: A ordem das condições foi balanceada por contrapeso. Durante as interações, os participantes mantinham o contato por pelo menos 5 segundos. A percepção térmica (intensidade e diferenciação) foi questionada durante a condição ativa.
• Medidas:
  • Presença: Medida através do Igroup Presence Questionnaire (IPQ), analisando quatro dimensões: Presença Geral (PRES), Presença Espacial (SP), Envolvimento (INV) e Realismo Experienciado (REAL).
  • Avaliação Retrospectiva: Classificações pós-experimento em uma escala Likert de 7 pontos avaliaram a contribuição do feedback térmico para o realismo, imersão e adequação da pista.
  • Percepção Térmica: Classificações de 7 pontos sobre intensidade de frio, intensidade de calor e a clareza da diferenciação térmica entre os dedos.

Resultados Principais

• Métricas de Presença: A condição térmica ativa mostrou diferenças médias positivas em comparação com a condição inativa para Presença Espacial ($M_{diff} = 1.17$, $p = .047$, $d_z = 0.38$) e Realismo Experienciado ($M_{diff} = 1.00$, $p = .048$, $d_z = 0.38$). Por outro sentido, Presença Geral e Envolvimento mostraram diferenças negligenciáveis ($M_{diff} = 0.17$ e $-0.23$, respectivamente).
• Classificações Retrospectivas: Os participantes forneceram avaliações positivas para a contribuição do feedback térmico para o realismo ($M=5.07$), imersão ($M=5.03$) e adequação da pista ($M=4.93$).
• Percepção Térmica: Na condição ativa, a classificação média para intensidade de aquecimento ($M=5.20$) excedeu a de intensidade de resfriamento ($M=3.97$). A diferenciação térmica foi percebida por 66,7% dos participantes (classificação $\ge 4$), embora com maior variabilidade do que o aquecimento.
• Contexto Estatístico: Os autores observam que quatro resultados do IPQ foram examinados sem ajuste de multiplicidade, e os dois valores de $p$ significativos estavam próximos do limiar de .05. Consequentemente, esses achados são interpretados como preliminares.

Significância e Alegações
O artigo afirma que o feedback térmico localizado, entregue através de um sistema vestível de múltiplos pontos, pode apoiar as qualidades espaciais e realistas do contato com objetos virtuais. Os resultados sugerem que as pistas térmicas, quando espacial e temporalmente alinhadas com a interação visual do objeto, podem aumentar a plausibilidade da interação (Realismo Experienciado) e a sensação de estar localizado dentro do ambiente (Presença Espacial), sem necessariamente alterar o nível geral de engajamento (Envolvimento).

O estudo demonstra a viabilidade técnica de integrar módulos térmicos controlados independentemente e usados nos dedos em um fluxo de trabalho de VR. No entanto, os autores declaram explicitamente que os resultados não estabelecem uma vantagem do feedback espacialmente diferenciado sobre o feedback uniforme, pois os resultados do IPQ representaram a condição ativa agregada, em vez de uma comparação direta de tipos de mapeamento. Os achados são tratados como evidência preliminar que justifica pesquisas futuras orientadas por hipóteses, especificamente estudos que comparem diretamente mapeamentos uniformes e diferenciais e incluam medidas comportamentais ao lado de autorrelatos.