Correlations between vocal input and visual response apparently enhance presence in a virtual environment

This work investigates novel alternative means of interaction in a virtual environment (VE).We analyze whether humans can remap established body functions to learn to interact with digital information in an environment that is cross-sensory by nature and uses vocal utterances in order to influence (abstract) virtual objects. We thus establish a correlation among learning, control of the interface, and the perceived sense of presence in the VE. The application enables intuitive interaction by mapping actions (the prosodic aspects of the human voice) to a certain response (i.e., visualization). A series of single-user and multiuser studies shows that users can gain control of the intuitive interface and learn to adapt to new and previously unseen tasks in VEs. Despite the abstract nature of the presented environment, presence scores were generally very high.

The effect of virtual reality on visual vertigo symptoms in patients with peripheral vestibular dysfunction: a pilot study

Individuals with vestibular dysfunction may experience visual vertigo (VV), in which symptoms are provoked or exacerbated by excessive or disorientating visual stimuli (e.g. supermarkets). VV can significantly improve when customized vestibular rehabilitation exercises are combined with exposure to optokinetic stimuli. Virtual reality (VR), which immerses patients in realistic, visually challenging environments, has also been suggested as an adjunct to VR to improve VV symptoms. This pilot study compared the responses of sixteen patients with unilateral peripheral vestibular disorder randomly allocated to a VR regime incorporating exposure to a static (Group S) or dynamic (Group D) VR environment. Participants practiced vestibular exercises, twice weekly for four weeks, inside a static (Group S) or dynamic (Group D) virtual crowded square environment, presented in an immersive projection theatre (IPT), and received a vestibular exercise program to practice on days not attending clinic. A third Group D1 completed both the static and dynamic VR training. Treatment response was assessed with the Dynamic Gait Index and questionnaires concerning symptom triggers and psychological state. At final assessment, significant betweengroup differences were noted between Groups D (p = 0.001) and D1 (p = 0.03) compared to Group S for VV symptoms with the former two showing a significant 59.2% and 25.8% improvement respectively compared to 1.6% for the latter. Depression scores improved only for Group S (p = 0.01) while a trend towards significance was noted for Group D regarding anxiety scores (p = 0.07). Conclusion: Exposure to dynamic VR environments should be considered as a useful adjunct to vestibular rehabilitation programs for patients with peripheral vestibular disorders and VV symptoms.

Drift and ownership toward a distant virtual body.

In body ownership illusions participants feel that a mannequin or virtual body (VB) is their own. Earlier results suggest that body ownership over a body seen from behind in extra personal space is possible when the surrogate body is visually stroked and tapped on its back, while spatially and temporal synchronous tactile stimulation is applied to the participant's back. This result has been disputed with the claim that the results can be explained by self-recognition rather than somatic body ownership. We carried out an experiment with 30 participants in a between-groups design. They all saw the back of a VB 1.2 m in front, that moved in real-time determined by upper body motion capture. All felt tactile stimulation on their back, and for 15 of them this was spatially and temporally synchronous with stimulation that they saw on the back of the VB, but asynchronous for the other 15. After 3 min a revolving fan above the VB descended and stopped at the position of the VB neck. A questionnaire assessed referral of touch to the VB, body ownership, the illusion of drifting forwards toward the VB, and the VB drifting backwards. Heart rate deceleration (HRD) and the amount of head movement during the threat period were used to assess the response to the threat from the fan. Results showed that although referral of touch was significantly greater in the synchronous condition than the asynchronous, there were no other differences between the conditions. However, a further multivariate analysis revealed that in the visuotactile synchronous condition HRD and head movement increased with the illusion of forward drift and decreased with backwards drift. Body ownership contributed positively to these drift sensations. Our conclusion is that the setup results in a contradiction-somatic feelings associated with a distant body-that the brain attempts to resolve by generating drift illusions that would make the two bodies coincide.

Touching the void: exploring virtual objects through a vibrotactile glove

This paper describes a simple low-cost approach toadding an element of haptic interaction within a virtualenvironment. Using off-the-shelf hardware and software wedescribe a simple setup that can be used to explore physically virtual objects in space. This setup comprises of a prototype glove with a number of vibrating actuators to provide the haptic feedback, a Kinect camera for the tracking of the user's hand and a virtual reality development environment. As proof of concept and to test the efficiency of the system as well as its potential applications, we developed a simple application where we created 4 different shapes within a virtual environment in order to try toexplore them and guess their shape through touch alone.

Proxemics with multiple dynamic characters in an immersive virtual environment

An experiment was carried out to examine the impact on electrodermal activity of people when approached by groups of one or four virtual characters at varying distances. It was premised on the basis of proxemics theory that the closer the approach of the virtual characters to the participant, the greater the level of physiological arousal. Physiological arousal was measured by the number of skin conductance responses within a short time period after the approach, and the maximum change in skin conductance level 5 s after the approach. The virtual characters were each either female or a cylinder of human size, and one or four characters approached each subject a total of 12 times. Twelve male subjects were recruited for the experiment. The results suggest that the number of skin conductance responses after the approach and the change in skin conductance level increased the closer the virtual characters approached toward the participants. Moreover, these response variables were inversely correlated with the number of visits, showing a typical adaptation effect. There was some evidence to suggest that the number of characters who simultaneously approached (one or four) was positively associated with the responses. Surprisingly there was no evidence of a difference in response between the humanoid characters and cylinders on the basis of this physiological data. It is suggested that the similarity in this quantitative arousal response to virtual characters and virtual objects might mask a profound difference in qualitative response, an interpretation supported by questionnaire and interview results. Overall the experiment supported the premise that people exhibit heightened physiological arousal the closer they are approached by virtual characters.

Pulp Fractionation in a Pilot Paper Machine

Tämän diplomityön tarkoituksena on tutkia paperimassan jakautumiseen vaikuttavia tekijöitä paperinvalmistusprosessissa. Työn empiirisen osan tavoitteena on analysoida perälaatikon hienoainepitoisuuden ja paperimassan virtausnopeuden vaikutusta paperimassan jakautumiseen pilottipaperikoneessa, sekä selvittää voidaanko näitä prosessiparametreja optimoimalla saavuttaa merkittävää retention, vedenpoiston ja kaksipuolisuuden parantumista. Työn teoreettinen osa sisältää kirjallisuuskatsauksen märänpään kemiasta ja yhteenvedon aikaisemmasta tutkimuksesta koskien paperimassan jakautumista paperinvalmistusprosessissa. Työn empiirisessä osassa on tutkittu perälaatikon hienoainepitoisuuden ja paperimassan virtausnopeuden vaikutusta retentioon, vedenpoistoon ja paperimassan jakautumiseen Papricanin pilottipaperikoneessa. Analyysissä on käytetty yhteensovitettua dataa, joka on saatu kattavien pilottipaperikonekokeiden ja taulukkolaskentaohjelmalla toteutettujen staattisten simulointimallien avulla. Simulointimalleissa perälaatikon hienoainepitoisuus on 30-55%, sekä paperimassan virtausnopeudet ovat 2470 L/min, 3870 L/min ja 5230 L/min. Muut prosessiparametrit on vakioitu, eikä retentioainetta käytetty. Retentio pilottipaperikoneessa oli 55-82% riippuen perälaatikon hienoainepitoisuudesta ja paperimassan virtausnopeudesta. Perälaatikon hienoainepitoisuuden ja retention välillä oli voimakas negatiivinen korrelaatio. Myös paperimassan virtausnopeuden ja retention välillä oli negatiivinen korrelaatio. Mitä alhaisempi retentio, sitä enemmän hienoainesta kerääntyi systeemiin. Hienoaineen huuhtoutuminen paperirainasta korreloi vedenpoistoon: pienemmällä paperimassan virtausnopeudella enemmän sekä vettä että hienoainetta poistui viirapuolelta, ja suuremmalla paperimassan virtausnopeudella saman verran sekä vettä että hienoainetta poistui rainan molemmilta puolilta. Paras paperirainan kaksipuolisuus saavutettiin korkeilla perälaatikon hienoainepitoisuuksilla (50% ja 55%) suurilla paperimassan virtausnopeuksilla (3870 L/min ja 5230 L/min).

Measuring the effects through time of the influence of visuomotor and visuotactile synchronous stimulation on a virtual body ownership illusion

Previous studies have examined the experience of owning a virtual surrogate body or body part through specific combinations of cross-modal multisensory stimulation. Both visuomotor (VM) and visuotactile (VT) synchronous stimulation have been shown to be important for inducing a body ownership illusion, each tested separately or both in combination. In this study we compared the relative importance of these two cross-modal correlations, when both are provided in the same immersive virtual reality setup and the same experiment. We systematically manipulated VT and VM contingencies in order to assess their relative role and mutual interaction. Moreover, we present a new method for measuring the induced body ownership illusion through time, by recording reports of breaks in the illusion of ownership ("breaks") throughout the experimental phase. The balance of the evidence, from both questionnaires and analysis of the breaks, suggests that while VM synchronous stimulation contributes the greatest to the attainment of the illusion, a disruption of either (through asynchronous stimulation) contributes equally to the probability of a break in the illusion.

Virtuaalitodellisuuslaboratorion laiteympäristön kehittäminen - ohjaimet ja ohjelmistot

Tämä diplomityö on tehty osana HumanICT-projektia, jonka tavoitteena on kehittää uusi, virtuaalitekniikoita hyödyntävä, työkoneiden käyttäjäliityntöjen suunnittelumenetelmä. Työn tarkoituksena oli kehittää VTT:n Tuotteet ja tuotanto tutkimusyksikköön kuluvan Ihminen-kone-turvallisuus ryhmän nykyistä virtuaalitodellisuuslaboratoriota siten, että sitä voidaan käyttää työkoneiden suunnittelussa sekä monipuolisissa ergonomiatarkasteluissa. Itse ympäristön kehittäminen pitää sisällään uuden ohjainjärjestelmän suunnittelun sekä sen implementoinnin nykyisin käytössä olevaan virtuaaliympäristöön. Perinteisesti ohjaamosimulaattorit ovat olleet sovelluskohteisiin räätälöityjä, joten ne ovat kalliita ja niiden konfiguroinnin muuttaminen on vaikeaa, joskus jopa mahdotonta. Tämän työntarkoituksena oli kehittää PC-tietokoneeseen ja yleiseen käyttöjärjestelmään perustuva ohjainjärjestelmä, joka on nopeasti kytkettävissä erilaisiin virtuaaliympäristön sovelluksiin, kuten ohjaamomalleihin. Työssä tarkasteltiin myös tapoja mallintaa fysikaalisia ilmiöitä reaaliaikasovelluksissa, eli on-line simuloinnissa. Tämän tarkastelun perusteella etsittiin ja valittiin jatkokäsittelyyn ohjelmistoja, joiden reaaliaikaisen dynamiikan simulointialgoritmitolivat kaikkein kehittyneimpiä ja monipuolisia.

Repeatability ofthe recipe parameters of a corrugated board machine against warp

The warp of corrugated board is the most prevalent quality problem incorrugated board industry. Nowadays corrugators provide high quality board but there often occurs a warp problem within the production of some board grades. One of the main reasons for that are the humidity and the temperature levels of the raw materials. The goal of the research is to find out howthe adjusted corrugator recipe parameters required for appropriate running of the corrugated board are repeatable for the considered board grades, how the temperature and humidity imbalances of the raw material papers influence on the warpformation of the finished board. Furthermore, the solutions for preventing warpof corrugated board are presented in the thesis.

LRCW.NET: A web site with a virtual laboratory for the study of coarse and cooking wares in the Late Antique Mediterranean

This contribution presents the LRCW.net a website with a virtual laboratory intranet devoted to the study of coarse and cooking wares in the late Antique Mediterranean. It is designed as a public website with a virtual laboratory intranet. There, all institutions and researchers interested in the subject can work together towards a specific purpose such as the creation of an on-line ‘encyclopedia’ for these categories of ceramics. The LRCW.net website and the associated virtual laboratory are just a small part of a wider initiative that aims to create an on-line Encyclopedia for Ancient Ceramics in the Mediterranean.

Machine vision measurement system for paper printability assessments

This work had two primary objectives: 1) to produce a working prototype for automated printability assessment and 2) to perform a study of available machine vision and other necessary hardware solutions. The three printability testing methods, IGT Picking,He¬liotest, and mottling, considered in this work have several different requirements and the task was to produce a single automated testing system suitable for all methods. A system was designed and built and its performance was tested using the Heliotest. Working proto¬types are important tools for implementing theoretical methods into practical systems and testing and demonstrating the methodsin real life conditions. The system was found to be sufficient for the Heliotest method. Further testing and possible modifications related to other two test methods were left for future works. A short study of available systems and solutions concerning image acquisition of machine vision was performed. The theoretical part of this study includes lighting systems, optical systems and image acquisition tools, mainly cameras and the underlying physical aspects for each portion.

Java Specification Request development on a mobile device

Nykyaikaiset Java-teknologiaa sisältävät matkapuhelimet kehittyvät vauhdikkaasti prosessoritehon, muistin määrän sekä uusien käyttöjärjestelmäversioiden tarjoamien ominaisuuksien myötä. Laitteiden näyttöjen koko tulee pysymään pienenä,mutta silti moninaista multimediasisältöä äänen, videon ja kuvan osilta voidaanhuomattavasti parantaa JSR 234:n eli kehittyneen multimedialaajennuksen avulla.Erityisesti edistyneet ääniominaisuudet ovat tervetullut lisä, sillä viime aikojen kehitys matkapuhelimissa on saanut aikaan niiden muuntumisen myös kannettavaksi musiikkisoittimiksi. Diplomityössä JSR 234 -spesifikaation tietty osa kehitettiin ympäristössä, joka koostui Series 60 -ohjelmistoalustankolmannesta versiosta sekä Symbian OS v9.1 käyttöjärjestelmästä. Tuloksena syntynyt Java-rajapinta tarjoaa sovelluskehittäjille yksinkertaisemman lähestymistavan Symbianin efektirajapintaan piilottaen samalla alla olevan käyttöjärjestelmänmonimutkaisuuden. Toteutuksen täytyy olla läpikotaisin testattu, jotta voidaan varmentua sen noudattavan tarkkaan JSR 234 -spesifikaatiota. Työssä on esitelty useita eri testausmenetelmiä tarkoituksena saavuttaa projektissa paras mahdollinen laatu.

Retinal Image Analysis Using Machine Vision

The topic of this thesis is studying how lesions in retina caused by diabetic retinopathy can be detected from color fundus images by using machine vision methods. Methods for equalizing uneven illumination in fundus images, detecting regions of poor image quality due toinadequate illumination, and recognizing abnormal lesions were developed duringthe work. The developed methods exploit mainly the color information and simpleshape features to detect lesions. In addition, a graphical tool for collecting lesion data was developed. The tool was used by an ophthalmologist who marked lesions in the images to help method development and evaluation. The tool is a general purpose one, and thus it is possible to reuse the tool in similar projects.The developed methods were tested with a separate test set of 128 color fundus images. From test results it was calculated how accurately methods classify abnormal funduses as abnormal (sensitivity) and healthy funduses as normal (specificity). The sensitivity values were 92% for hemorrhages, 73% for red small dots (microaneurysms and small hemorrhages), and 77% for exudates (hard and soft exudates). The specificity values were 75% for hemorrhages, 70% for red small dots, and 50% for exudates. Thus, the developed methods detected hemorrhages accurately and microaneurysms and exudates moderately.

A Graphical Pattern Editor for Java Frameworks

Ohjelmistojen uudelleenkäyttö on hyvin tärkeä käsite ohjelmistotekniikan alueella.Ohjelmistojen uudelleenkäyttötekniikat parantavat ohjelmistokehitysprosessin laatua. Yleisiä ratkaisuja sekä ohjelmiston suunnittelun että arkkitehtuurin uudelleenkäyttöön ovat olio-ohjelmointi ja sovelluskehykset. Tähän asti ei ole ollut olemassa yleisiä tapoja sovelluskehysten erikoistamiseen. Monet nykyääntunnetuista sovelluskehyksistä ovat hyvin suuria ja mutkikkaita. Tällaisten sovelluskehyksien käyttö on monimutkaista myös kokeneille ohjelmoijille. Hyvin dokumentoidut uudelleenkäytettävät sovelluskehyksen rajapinnat parantavat kehyksen käytettävyyttä ja tehostavat myös erikoistamisprosessiakin sovelluskehyksen käyttäjille. Sovelluskehyseditori (framework editor, JavaFrames) on prototyyppityökalu, jota voidaan käyttää yksinkertaistamaan sovelluskehyksen käyttöä. Perusajatus JavaFrames lähestymistavassa ovat erikoistamismallit, joita käytetään kuvamaan sovelluskehyksen uudelleenkäytettäviä rajapintoja. Näihin malleihin perustuen JavaFrames tarjoaa automaattisen lähdekoodi generaattorin, dokumentoinninja arkkitehtuurisääntöjen tarkistuksen. Tämä opinnäyte koskee graafisen mallieditorin kehittämistä JavaFrames ympäristöön. Työssä on laadittu työkalu,jonka avulla voidaan esittää graafisesti erikoistamismalli. Editori sallii uusien mallien luomisen, vanhojen käyttämättä olevien poistamisen, kuten myös yhteyksien lisäämisen mallien välille. Tällainen graafinen tuki JavaFrames ympäristöönvoi huomattavasti yksinkertaistaa sen käyttöä ja tehdä sovellusten kehittämisprosessista joustavamman.

Stability Evaluation of a Paper Machine Wet End

Työssä analysoidaanprosessin vaikutusta paperikoneen stabiiliuteen. Kaksi modernia sanomalehtipaperikonetta analysoitiin ja sen perusteella molemmista prosesseista rakennettiin fysiikan lakeihin perustuvat simulointimallit APROS Paper simulointiohjelmistolla. Työn tavoitteena on selvittää, miten kyseisten koneiden prosessit eroavat toisistaan ja arvioida, miten havaitut erot vaikuttavat prosessien stabiiliuteen. Työssä tarkastellaan periodisten häiriöiden vaimenemista prosessissa. Simuloinnissa herätteenä käytettiin puhdasta valkoista kohinaa, jonka avulla eri taajuistenperiodisten häiriöiden vaimenemista analysoitiin. Prosessien häiriövasteet esitetään taajuuskoordinaatistossa. Suurimmat erot prosessien välillä löytyivät viirakaivosta ja sen sekoitusdynamiikasta. Perinteisen viirakaivon todettiin muistuttavan käyttäytymiseltään sarjaan kytkettyjä ideaalisekoittimia, kun taas pienempitilavuuksisen fluumin todettiin käyttäytyvän lähes kuin putkiviive. Vaikka erotprosessitilavuudessa sekä viirakaivon sekoitusdynamiikassa olivat hyvin selkeät, havaittiin vain marginaalinen ero prosessin välillä periodisten häiriöiden vaimenemisessa, koska erot viiraretentiotasoissa vaikuttivat eniten simulointituloksia. Matalammalla viiraretentiolla operoivan paperikoneen todettiin vaimentavan tehokkaammin prosessihäiriöitä. Samalla retentiotasolla pienempitilavuuksisen prosessin todettiin vaimentavan hitaita prosessihäiriöitä marginaalisesti paremmin. Tutkituista paperikoneista toisella simuloitiin viiraosan vedenpoistomuutoksenvaikutusta viiraretentioon ja paperin koostumukseen. Lisäksi arvioitiin viiraretention säädön toimivuutta. Viiraosan listakengän vedenpoiston todettiin aiheuttavan merkittäviä sakeus- ja retentiohäiriöitä, mikäli sen avulla poistettavan kiintoaineen virtaus tuplaantuisi. Viiraretention säädön todettiin estävän häiriöiden kierron prosessissa, mutta siirtävän ne suoraan rainaan. Retention säädön eikuitenkaan todettu olevan suoranainen häiriön lähde.