--- 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" marp: true theme: gödel paginate: true transition: cover size: 16:9 lang: de math: katex --- ![bg left:35% 120%](./images/title.png)
Shifty: A Weight-Shifting Dynamic Passive Haptic Proxy to Enhance Object Perception in Virtual Reality
Paper von A. Zenner und A. Krüger [1]

IEEE Transactions on Visualization and Computer Graphics
vol. 23, no. 4, pp. 1285-1294, April 2017
Romane Viton
2026-05-26
DFI-STI, htw saar
--- # 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? --- # 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: Erzeugung von **Kräften** zur Simulation von Gewichten und Längen --- # 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:

Für eine realistische Wahrnehmung muss **nicht die gesamte Kraft** erzeugt
werden, sondern nur genug, um die **Sicht** zu **unterstützen** --- # **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 ? * ### 💡 Idee: Bewegung soll **kein direktes Feedback** sein, sondern den Controller so ändern, dass er **mehrere Gegenstände** darstellt --- # **Hintergrund** des Papers ![center w:10000](./images/haptics-continuum.png) --- # **Shifty** als DPHF-Versuch ### Ziel: Gewicht nach oben bzw. unten bringen, um mehr bzw. weniger Kraft zu brauchen, um gehoben zu werden  
![](./images/shifty-schema.png)
Eigenschaft | Wert --------------------:|:------------------- Masse | 440 g Internes Gewicht | 127 g Länge | 505 mm Diameter | 40 mm Nutzer-Input-Methode | Push-Button Steuerungsmethode | Arduino in Rucksack
--- # Experiment 1 ##
Kann eine Simulation mit Shifty überhaupt funktionieren ?
(bzgl. **Realismus**, **Anstrengung** und **Spaß**) --- # **Teilnehmer:innen** des Experiments
### 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)
--- # Durchgeführte **Experimente**
## Umgebung - Teilnehmer:innen über Aufgaben informiert - Labor-Umgebung mit *HTC Vive* und Kopfhörern - Optische Überwachung des Verhaltens    
![bg right:50% 100%](./images/rahmen.png)
--- # Experiment 1: **kontinuierliche Änderung der Länge bzw. Dicke**
![w:800](./images/length-change.png)
- 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 - ➕- und ➖-Props in der Umgebung, um Länge und Dicke linear zu ändern - Ergebnisse in Skala von 1 bis 7 gesammelt
--- # Erwartung der Autoren "We expect *Shifty* to outperform [PHF] in the subjective measures **realism and fun**, but **not in exertion**." [1]   *Stimmt das aber wirklich?* 🤔 --- # Experiment 1: **Ergebnisse** ## Bewertungen ![center w:800](./images/exp1results.png) --- # Experiment 1: **Ergebnisse** ## Vergleiche * Bei **Realismus** und **Spaß** wurde DPHF höher als PHF bewertet * Länge: 11 DPHF, 1 PHF; gleicyth bei Dicke * **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 **Anstrengung** --- # Experiment 2 ##
Das Gewicht bewegt sich aber langsam !

Kann man trotzdem (realistisch) schwere Objekte heben ? --- # **Teilnehmer:innen** des Experiments
### 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)
--- # Experiment 2: **virtuelle Objekte heben**
- Würfel verschiedener Größen sollen aus
einem **Inventar** genommen werden - Nach dem Greifen soll der Würfel in
die **richtige Lage** gebracht werden - Kombinationen von 6 Varianten werden
nach einer **Latin Square Approach**
von den Teilnehmenden verglichen - Anhand der Vergleichsergebnisse
wird ein **Score** für Metriken berechnet
![center w:10000](./images/smoke_example.gif)
--- # Experiment 2: **virtuelle Objekte heben**
### 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*
### Gemessene Metriken **Realismus**, **am wenigsten beunruhigend**, **Anstrengung**, **Spaß**, **Präferenz**
--- # Experiment 2: **Vorgehensweise**
## 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: $N_{v_1\space vor\space v_2} = N_{v_2\space vor\space v_1}$
(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\. * $v_1\xrightarrow{besser\space als}v_2: \text{+2 Punkte für } v_1$ * $v_1\xrightarrow{gleich\space wie}v_2: \text{+1 Punkt für beide}$
--- # 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.   Stimmt das? 🤔 --- # Experiment 2: **Ergebnisse** ![center w:800](images/exp2results-left.png) ![center w:540](images/exp2results-right.png) --- # Experiment 2: **Ergebnisse** - ✅ **Realismus** und **Spaß** sind höher bei Shifty als bei PHF - ✅ Visiualisierungen minimieren die **Beunruhigung** - ✅ **Anstrengung** ist höher bei Shifty als bei PHF - ❓ Visualisierungen kompensieren (einigermaßen) die **Anstrengung** - Bisherige Ergebnisse zur **Visual Dominance** bestätigt --- # Experiment 2: **Ergebnisse** ## Welche Variante liefert die beste Erfahrung? * ### TL;DR: Es hängt davon ab, welche Eigenschaft am wichtigsten ist * **Realismus**/**am wenigsten beunruhigend**/**Präferenz** $\implies$ `Skalierung` * **Spaß**/**Präferenz** $\implies$ `hinter Rauch verstecken` * **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 **Anstrengung** beim *exertion* * Auch wenn kompensiert $\rightarrow$ **Anstrengung** bleibt hoch * Beispiel eines Hammers ist **begrenzt** (1-dimensionale, mit Shifty kompatible Anwendung) --- # **Fazit**
## Vorteile - **interessante Entwicklung** - **Realismus** und **Spaß** werden bei **tragbaren Kosten** erhöht
## 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
--- # **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 DPHF auf **Inputs** testen - Erfahrung mit DPHF über **längere Zeitspannen** testen --- # 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) [Titelbild: Joshgmit (Pixabay)](https://pixabay.com/illustrations/ai-generated-woman-virtual-reality-8262903/) (2026-06-24 aufgerufen, KI-generiert) [Bild (gehobene Hände): geralt (Pixabay)](https://pixabay.com/illustrations/inclusion-diversity-social-team-9365065/) (2026-06-24 aufgerufen) --- # Präsentation online verfügbar
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