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title: "Shifty: A Weight-Shifting Dynamic Passive Haptic Proxy
to Enhance Object Perception in Virtual Reality"
author: R.Viton
description: "Shifty: A Weight-Shifting Dynamic Passive Haptic Proxy
to Enhance Object Perception in Virtual Reality"
keywords: []

header: "Shifty: A Weight-Shifting Dynamic Passive Haptic Proxy
to Enhance Object Perception in Virtual Reality"
footer: "2026-05-26"

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<!-- _class: "title-academic" -->

![bg left:35% 120%](./images/title.png)

<div class="title">Shifty: A Weight-Shifting Dynamic Passive Haptic Proxy
to Enhance Object Perception in Virtual Reality</div>
<div class="subtitle">
    Paper von <i>A. Zenner</i> und <i>A. Krüger</i> [1]
    <br><br><div align=right>
        IEEE Transactions on Visualization and Computer Graphics
        <br>
        vol. 23, no. 4, pp. 1285-1294, April 2017
    </div>
</div>
<div class="author">Romane Viton</div>
<div class="date">2026-05-26</div>
<div class="organization">DFI-STI, htw saar</div>

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# Fragerunde

![bg right:40% 260%](./images/hands.png)

* Wer hat schon VR getestet?
* Wie immersiv war die Erfahrung?
* Gab es haptisches Feedback?
* Wenn ja: wie wurde das implementiert?

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# Was ist **haptisches Feedback** ?

* Nutzer:innen bekommen eine **taktile Rückmeldung**
* Kann **Immersion** weiter als "nur hören oder sehen" treiben
* Informationen können sehr **unterschiedlich** sein (Vibration, Textur, Kraft, Wärme, ...)
* Beispiel: <box>Erzeugung von **Kräften** zur Simulation von Gewichten und Längen

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# Nutzung der **Visual Dominance** [2]
* **Alle Sinne** tragen zur gelebten Erfahrung bei einer Simulation bei
* Bei Konflikten hat die **Sicht** bei der Informationsverarbeitung **Vorrang**
* Bedeutung für VR: <h3><box>Für eine realistische Wahrnehmung muss **nicht die gesamte Kraft** erzeugt <br> werden, sondern nur genug, um die **Sicht** zu **unterstützen**

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# **Hintergrund** des Papers
* *Passive Haptic Feedback* (PHF): günstig und mobil, nicht sehr realistisch
* *Active Haptic Feedback* (AHF): realistischer, weder günstig noch mobil
* $\implies$ ***Dynamic Passive Haptic Feedback* (DPHF)** als Mittelweg testen ?
* ### <box> 💡 Idee: Bewegung soll **kein direktes Feedback** sein, sondern den Controller so ändern, dass er **mehrere Gegenstände** darstellt

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# **Hintergrund** des Papers
![center w:10000](./images/haptics-continuum.png)

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# **Shifty** als DPHF-Versuch

### Ziel: Gewicht nach oben bzw. unten bringen, um mehr bzw. weniger Kraft zu brauchen, um gehoben zu werden

&nbsp;

<div class="multicolumn" align="center"><div>

![](./images/shifty-schema.png)

</div><div>

Eigenschaft          | Wert
--------------------:|:-------------------
Masse                | 440 g
Internes Gewicht     | 127 g
Länge                | 505 mm
Diameter             | 40 mm
Nutzer-Input-Methode | Push-Button
Steuerungsmethode    | Arduino in Rucksack


</div></div>

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<!-- _class: chapter  -->
# Experiment 1
## <br>Kann eine Simulation mit Shifty überhaupt funktionieren ? <br>(bzgl. **<box>Realismus**, **<box>Anstrengung** und **<box>Spaß**)

---
# **Teilnehmer:innen** des Experiments

<div align="center">

### Eigenschaften der $n = 12$ Teilnehmenden (Experiment 1)

Eigenschaft                         | Aufteilung
-----------------------------------:|:---------------------------------------------------
Geschlecht                          | 7 männlich, 5 weiblich
Alter                               | Min: 21, Max: 37, Mittelwert: 28 Jahre
Brillen/Kontaktlinsen in der Studie | 5 mit, 7 ohne
Rechts- bzw. Linkshändige           | 9 Rechts-, 3 Linkshändige
Erfahrung mit 3D-Spielen            | Min: 1, Max: 7, Mittelwert: 3,5 (Skala von 1 bis 7)
Erfahrung mit VR                    | Min: 1, Max: 3, Mittelwert: 1,6 (Skala von 1 bis 7)

</div>

---
# Durchgeführte **Experimente**

<div class="multicolumn"><div>

## Umgebung
- Teilnehmer:innen über Aufgaben informiert
- Labor-Umgebung mit *HTC Vive* und Kopfhörern
- Optische Überwachung des Verhaltens

&nbsp;

&nbsp;

</div><div>

![bg right:50% 100%](./images/rahmen.png)

</div></div>

---
# Experiment 1: **kontinuierliche Änderung der Länge bzw. Dicke**

<div class="multicolumn"><div>

![w:800](./images/length-change.png)

</div><div>

- Freie Bewegung innerhalb der Umgebung
- Mit virtuellem Teleskop in der Hand
- 1\. Phase mit Bewegung des Gewichts (DPHF)
- 2\. Phase ohne Bewegung des Gewichts (PHF)
- Reihenfolge der 1. und 2. Phase zufällig
- <box>➕</box>- und <box>➖</box>-Props in der Umgebung,
  um Länge und Dicke linear zu ändern
- Ergebnisse in Skala von 1 bis 7 gesammelt

</div></div>

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<!-- _class: quote -->
# Erwartung der Autoren

"We expect *Shifty* to outperform [PHF] in the subjective measures **realism and fun**, but **not in exertion**." [1]

&nbsp;

*Stimmt das aber wirklich?* 🤔

---
# Experiment 1: **Ergebnisse**
## Bewertungen
![center w:800](./images/exp1results.png)

<!-- In allen Fällen wurde DPHF besser als PHF bewertet, was die Erwartungen übertroffen hat. -->

---
# Experiment 1: **Ergebnisse**
## Vergleiche
* Bei **<box>Realismus** und **<box>Spaß** wurde DPHF höher als PHF bewertet
  * Länge: 11 DPHF, 1 PHF; ähnlich bei Dicke
* **<box>Anstrengung** war für Teilnehmenden höher oder gleich
  * Länge: 7 DPHF, 5 gleich; Dicke: 8 DPHF, 2 gleich, 2 PHF

---
# Experiment 1: **Limitierungen**
* Nur $n=12$ Teilnehmende
* Bei Länge:
  **statistisch signifikante** Unterschiede bei Bewertungen,
  Wilcoxon-Signed-Rank-Test-Unterschiede **nicht eindeutig**
* Bei Dicke:
  **nicht eindeutige** Unterschiede bei Bewertungen,
  Wilcoxon-Signed-Rank-Test-Unterschiede **statistisch signifikant**
* Begriff *exertion* unterscheidet nicht zwischen physischen und mentalen **<box>Anstrengung**

---
<!-- _class: chapter  -->
# Experiment 2
## <br>Das Gewicht bewegt sich aber langsam ! <br><br> Kann man trotzdem (realistisch) schwere Objekte heben ?

---
# **Teilnehmer:innen** des Experiments

<center>

### Eigenschaften der $n = 12$ Teilnehmenden (Experiment 2)

Eigenschaft                         | Aufteilung
-----------------------------------:|:---------------------------------------------------
Geschlecht                          | 9 männlich, 3 weiblich
Alter                               | Min: 21, Max: 37, Mittelwert: 27 Jahre
Brillen/Kontaktlinsen in der Studie | 6 mit, 6 ohne
Rechts- bzw. Linkshändige           | 10 Rechts-, 2 Linkshändige
Erfahrung mit 3D-Spielen            | Mittelwert: 2,9 (Skala von 1 bis 7)
Erfahrung mit VR                    | Min: 1, Max: 4, Mittelwert: 1,8 (Skala von 1 bis 7)

</center>

---
# Experiment 2: **virtuelle Objekte heben**
<!-- _header: Shifty: A Weight-Shifting Dynamic Passive Haptic Proxy to Enhance Object Perception in Virtual Reality - Video: [3] -->
<div class="multicolumn"><div>

- Würfel verschiedener Größen sollen aus <br>einem **Inventar** genommen werden
- Nach dem Greifen soll der Würfel in <br>die **richtige Lage** gebracht werden
- Kombinationen von 6 Varianten werden <br>nach einer **Latin Square Approach** <br>von den Teilnehmenden verglichen
- Anhand der Vergleichsergebnisse<br> wird ein **Score** für Metriken berechnet

</div><div>

![center w:10000](./images/smoke_example.gif)

</div></div>


---
# Experiment 2: **virtuelle Objekte heben**
<div class="multicolumn"><div><bbox>
<center>

### Getestete Varianten

Name | 🖐️  |      👁️       |    👂
------------------:|:----:|:--------------:|:-------:
`Base`             | PHF  |      :x:       |   :x:
`Hapt`             | DPHF |      :x:       |   :x:
`Prog`             | DPHF | *Progress Bar* | *Whoosh*
`Scal`             | DPHF |  *Skalierung*  | *Whoosh*
`Trans`            | DPHF | *Transparenz*  | *Whoosh*
`Mask`             | DPHF |    *Rauch*     | *Whoosh*

</center>
</bbox></div><div><bbox>

### Gemessene Metriken
**<box>Realismus**, **<box>am wenigsten beunruhigend**, **<box>Anstrengung**, **<box>Spaß**, **<box>Präferenz**
</bbox></div></div>

---
# Experiment 2: **Vorgehensweise**

<div class="multicolumn"><div>

## Latin-Square mit $6$ Parametern

* **Position**: Varianten werden an jeder Position einmal getestet 
* **Teilnehmer:innen** testen jede
  Variante einmal
* **Reihenfolge**: Für jedes Paar von Varianten $(v_1, v_2)$ gilt:
  $N_{v_1\space vor\space v_2} = N_{v_2\space vor\space v_1}$

</div><div><center>

(Beispiel-Einträge, vgl. [4])

### Variante nach **Teilnehmer:in** und **Position**

Position $\downarrow$|$T_1$|$T_2$|$T_3$|$T_4$|$T_5$|$T_6$|Vergleich
:-|:-:|:-:|:-:|:-:|:-:|:-:|-:
1|A|B|C|D|E|F|:x:
2|B|C|D|E|F|A|2\. vs 1\.
3|F|A|B|C|D|E|3\. vs 2\.
4|C|D|E|F|A|B|4\. vs 3\.
5|E|F|A|B|C|D|5\. vs 4\.
6|D|E|F|A|B|C|6\. vs 5\.

* $v_1\xrightarrow{besser\space als}v_2: \text{+2 Punkte für } v_1$
* $v_1\xrightarrow{gleich\space wie}v_2: \text{+1 Punkt für beide}$

</center></div></div>

---
<!-- _class: quote -->
# Erwartungen der Autoren

- "We expect [...] Shifty to increase the **realism** and **fun** compared to [PHF]."
- "[W]e expect the participants to favor Shifty's feedback and that **enhanced visualizations** [...] increase the perceived **realism** and **fun** for the user, while **minimizing the disturbing impact** [...]."
- "Regarding **exertion**, we expect [PHF] to require the least, and Shifty's dynamic feedback to be more physically demanding."
- "[W]e also expect **appropriate visualizations** to **compensate** for that to some degree, decreasing the perceived **exertion** compared to a standard visualization.

&nbsp;

Stimmt das? 🤔

---
# Experiment 2: **Ergebnisse**

![center w:800](images/exp2results-left.png)
![center w:540](images/exp2results-right.png)

---
# Experiment 2: **Ergebnisse**
- ✅ **<box>Realismus** und **<box>Spaß** sind höher bei Shifty als bei PHF
- ✅ Visiualisierungen minimieren die **<box>Beunruhigung**
- ✅ **<box>Anstrengung** ist höher bei Shifty als bei PHF
- ❓ Visualisierungen kompensieren (einigermaßen) die **<box>Anstrengung**
- Bisherige Ergebnisse zur **Visual Dominance** bestätigt

---
# Experiment 2: **Ergebnisse**
## Welche Variante liefert die beste Erfahrung?

* ### TL;DR: <box> Es hängt davon ab, welche Eigenschaft am wichtigsten ist
* **<box>Realismus**/**<box>am wenigsten beunruhigend**/**<box>Präferenz** $\implies$ `Skalierung`
* **<box>Spaß**/**<box>Präferenz** $\implies$ `hinter Rauch verstecken`
* **<box>Anstrengung** (Min.) $\implies$ `Base (nur PHF)` Wenn DPHF verwendet $\implies$ `Transparenz`

---
# Experiment 2: **Limitierungen**
* Auch nur $n=12$ Teilnehmenden
* Keine Unterscheidung zwischen physischen und mentalen **<box>Anstrengung** beim *exertion*
* Auch wenn kompensiert $\rightarrow$ **<box>Anstrengung** bleibt hoch
* Beispiel eines Hammers ist **begrenzt** (1-dimensionale, mit Shifty kompatible Anwendung)

---
# **Fazit**

<div class="multicolumn"><div>

## Vorteile
- **interessante Entwicklung**
- **Realismus** und **Spaß** werden bei **tragbaren Kosten** erhöht

</div><div>

## Nachteile
- nur ein **Forschungsprojekt**
- nur 1-dimensionales Trägheitsmoment (weit von AHF entfernt)
- **Anstrengung** soll berücksictigt werden
- Andere Aspekte des hapt. Feedbacks wie Textur und Form nicht geändert

</div></div>

---
# **Ausblick** der Studie
- Horizontale Implementierungen von Shifty testen, um **mehr Dimensionen** hinzuzufügen
- Weitere Forschung zur **Visual Dominance**, um Realismus zu erhöhen
- 2\. Experiment mit **komplexeren Formen** als Würfel wiederholen
- Einfluss von Shifty auf **Inputs** testen

---
<!-- _class: "references" -->
# Quellen

1. [Zenner, A., & Krüger, A. (2017). Shifty: A weight-shifting
  dynamic passive haptic proxy to enhance object
  perception in virtual reality. IEEE transactions on
  visualization and computer graphics, 23(4), 1285-1294.](https://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/7833030)
1. [Burns, E., Razzaque, S., Panter, A. T., Whitton, M. C.,
  McCallus, M. R., & Brooks, F. P. (2005, March). The hand is 
  slower than the eye: A quantitative exploration of visual
  dominance over proprioception. In IEEE Proceedings. VR
  2005\. Virtual Reality, 2005. (pp. 3-10). IEEE.](https://wwwx.cs.unc.edu/Research/hyre/papers/EVEAuthored/2005-VR-Burns.pdf) (Visual Dominance)
1. [Zenner, A., "Shifty - A Weight-Shifting Dynamic Passive Haptic
  Proxy for Virtual Reality (IEEE VR 2017)." YouTube [Online].
  Verfügbar: https://www.youtube.com/watch?v=1l0wKk6q_ss. 
  [Zugegriffen: 2026-05-19].](https://www.youtube.com/watch?v=1l0wKk6q_ss) (Demo-Video)
1. [Slideserve - PPT - Chapter 5 Designing HCI Experiments
   PowerPoint Presentation, free download - ID:7070933](https://www.slideserve.com/sanders-nestor/chapter-5-designing-hci-experiments-powerpoint-ppt-presentation)
   (Zugegriffen 2026-05-20, Latin-Square-Beispiel)



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# Präsentation online verfügbar

<div class="multicolumn"><div align="center">

## PDF

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</div><div align="center">

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