FabSound：通过空中触觉技术实现的音频-触觉和情感织物体验

文献标题

FabSound: Audio-Tactile and Affective Fabric Experiences Through Mid-air Haptics

文献信息

• 主题领域: 人机交互，音-触觉交互，数字触感技术
• 关键词: Audio-tactile, Mid-air Haptic, Textile, Affective Haptics, Tactile experiences, Texture perception, Digital touch, Fabrics

研究背景与问题

• 问题与挑战:

  • 中空触觉技术（mid-air haptics）的发展使得无需物理接触便可生成触觉感知，但如何利用这一技术精细再现织物纹理仍然是一个挑战。
  • 已有研究表明，声音能够影响对触觉纹理的感知，但如何将音-触觉整合用于数字织物的触感模拟及情感反应仍然不明确。

• 重要性:

  • 织物的触感通常影响消费者的使用舒适度评估以及购买决策，在电子商务、交互设计等场景下，重现逼真的数字织物体验具有重要意义。
  • 将音频输入整合到触觉体验中，可能为创造更加沉浸和多感知模式的数字触觉界面提供新机会。

• 研究动机与相关工作:

  • 目前多感知粗糙度感知研究大多集中于实际物理材料，上述效果在数字触觉环境下的表现未被充分探索。
  • 针对物理纺织材料的研究已经建立了丰富的触觉属性量化方法，但参考的织物特性映射到数字触觉系统的还原仍欠深入研究。

解决方案

• 提出的方法或解决方案:

  • 使用超声波中空触觉技术，基于图像纹理信息将真实织物纹理映射到中空触觉装置上。
  • 将中空触觉织物纹理与多种音频信号（例如录制的织物摩擦声及不同频率的纯音）结合，以研究其对触觉感知与情感体验的影响。

• 创新之处:

  • 将音频和触觉整合进数字织物的纹理感知领域，进一步探索音-触觉交互对触觉感知和情感反应的影响。
  • 通过双向实验（单一触觉+音触觉结合）验证不同感知模式下的用户体验变化，填补认知与行为之间的关系研究空白。

• 实施步骤:

  1. 实验设计:
     • 在实验1中选取9种实际棉质织物样本，提取其位移图和法线图，将其转换为中空触觉格式。
     • 在实验2中，使用数字绒面织物纹理，叠加录制的摩擦音及不同频率纯音，研究用户的声音-触觉交互体验。
  2. 多模态映射和刺激生成:
     • 中空触觉素材通过特定算法生成，同时结合显微图像分析增强纹理还原。
  3. 实验证据搜集与分析:
     • 综合使用定量问卷和半结构化访谈方法以获取用户对纹理粗糙度感知和情感反应的数据。

研究成果

• 具体成果:

  • 用户难以直接将数字中空触觉纹理与物理织物样本一一匹配，但能够发现不同中空织物纹理间的粗糙度差异。
  • 音频（例如高频纯音）可显著提高用户对中空数字织物纹理的粗糙感知，而摩擦音则更倾向于让用户联想到与织物相关的情感体验。
  • 触-音结合的感知方式相比单一中空触觉能唤起更多情感反应，尤其是在感受到柔软且平滑的纹理（如加入摩擦声）下，用户更易产生平静感。

• 优劣对比:

  • 与传统的直接用户触觉反馈相比，结合音频输入的中空触觉技术可显著改变对纹理特性的主观感受，具备更强的细节塑造能力。
  • 相较于单一的视觉或听觉内容呈现，音-触觉结合的体验能够为数字互动场景提供沉浸式的使用场景和情感连接。

• 实验与评估结果:

  • 第一实验发现，中空触觉技术倾向于将织物纹理表现为更平滑的感知，尤其是在原始物理样本粗糙度较高时。
  • 第二实验验证，450Hz及900Hz的纯音将显著增强纹理粗糙感，而低频纯音及摩擦音则能够更贴近物理纺织品的真实触感。

• 局限性与未来方向:

  • 限于当前中空触觉技术在纹理精细度上的还原缺陷，难以完全匹配织物复杂触觉属性。
  • 用户实验的样本规模相对有限，未来可扩展样本组以增强普适性。
  • 可探索音-触觉与温度提示结合，用以扩展多维感官融合设计，增强数字内容的情感影响力。

总结

• 主要结论: 中空触觉技术结合音频输入能在数字织物纹理感知的粗糙度与情感反应的塑造中表现出独特的潜力，为未来基于多感知模式的交互设计提供了重要启示。
• 应用与前景:
  • 在电子商务中提升在线织物购买体验。
  • 在公共数字标牌中提升用户的交互沉浸感。
  • 设计工具可通过开放插件实现多感知可调节的设计方案优化。