无接触撸猫：空中超声波触觉反馈能否促进虚拟撸猫互动中的放松？

文献标题

Touching a Cat Without Touch: Does Mid-Air Ultrasound Haptic Feedback Promote Relaxation in Virtual Cat Interaction?

出版信息

• 主题领域: 虚拟现实中利用非接触式触觉反馈进行的人与动物交互。
• 关键词: 虚拟现实，超声波触觉，放松，人与动物交互，虚拟宠物，生理测量，依附，移情，压力恢复。

背景与问题

• 问题/挑战: 虚拟现实中的虚拟宠物体验通常缺乏真实的触觉反馈，而触觉反馈对于临场感和情感连接至关重要。现有的触觉解决方案依赖于笨重的可穿戴设备，不适合放松情境。此外，触觉反馈与放松效果之间的关系尚未得到充分研究。
• 意义: 填补这一空白可以提升基于虚拟现实的人与动物交互在治疗和健康领域的应用，为实体宠物或机器人提供可扩展的替代方案。
• 动机与相关研究: 先前研究表明动物辅助治疗和机器人宠物具有镇静效果，但这些方法面临伦理、后勤和成本方面的挑战。虚拟现实中的虚拟宠物提供了可访问性和定制化的优势，但缺乏真实的触觉参与。中空超声波触觉已显示出提供类似毛发触感和周期性提示的潜力，但其在虚拟现实中用于放松和呼吸提示的应用尚未得到充分表征。

解决方案

• 提出的方法: 利用中空超声波触觉模拟虚拟猫的呼吸和毛发抚摸，实现虚拟现实中的非接触式触觉交互。
• 创新点:
  1. 设计同步的刺激区域和幅度调制，以再现真实的呼吸提示。
  2. 将呼吸提示与类似毛发的触觉反馈集成到用于放松的虚拟现实应用中。
  3. 通过生理（心率）和主观测量（依附、移情、享受）量化放松效果。
• 流程与关键技术:
  • 感知研究: 使用超声波刺激区域和幅度的周期性调制开发呼吸提示，并与猫呼吸的视觉动画同步。
  • 虚拟现实应用研究: 在完成认知负荷任务后，比较三种交互模式（无交互、控制器、超声波）在虚拟猫放松会话中的表现。评估生理（HR, RMSSD）和主观测量（真实感、依附、移情、控制感、享受）。

结果

• 具体发现:
  • 超声波触觉在完成认知负荷任务后显著降低心率（-3%，约2 bpm），表明有压力缓解效果。
  • 超声波在所有主观测量（真实感、依附、移情、控制感、享受）中得分高于仅有视听交互。
  • 72.7%的参与者更喜欢超声波条件，原因包括手指自由移动、新颖性和自然的触觉感受。
• 相较基线的优势:
  • 超声波触觉在生理和主观测量上优于仅有视听交互（无交互）。
  • 相较于基于控制器的振动触觉反馈，超声波在依附、移情和控制感方面表现出中等效应量，并具有更大的运动自由度和新颖性。
• 实验/评估:
  • 感知研究: 21名参与者通过2×2因子设计测试了呼吸提示，操控幅度和区域调制。
  • 虚拟现实应用研究: 22名参与者完成了三次试验（无交互、控制器、超声波），并进行了生理（HR, RMSSD）和主观评估（Likert量表，SAM）。
• 局限性与未来工作:
  • 短期会话可能限制生态效度；应探索更长时间和多样化姿势的交互。
  • 未检测到副交感神经反弹（lnRMSSD），可能是由于交互时间较短和轻微的身体活动。
  • 未来工作可优化用于被动放松的设计，并扩展到更广泛的治疗情境。

总结

本研究证明，中空超声波触觉能够有效模拟虚拟猫的呼吸和毛发抚摸，增强虚拟现实中的放松和情感参与。生理测量显示心率降低，而主观评估显示相比仅有视听交互，真实感、依附、移情、控制感和享受均有提升。研究结果验证了超声波触觉作为虚拟现实中人与动物交互的可扩展非接触式模式的潜力，具有在放松和治疗中的应用前景。未来研究应关注更长期的交互，并优化设计以实现更深层次的副交感神经恢复。