BioHaptics：视频观看体验中基于生物信号激发的超声波空中触觉情感调节

文献标题

BioHaptics: Emotion Modulation via Biosignal-Inspired Ultrasonic Mid-air Haptics in Video-Watching Experiences

出版信息

• 主题领域: 通过生物信号驱动的超声波空中触觉技术在多媒体体验中实现情感调节。
• 关键词: 超声波空中触觉, BioHaptics, 情感调节, 生物信号特征, 视频观看, 心率, 呼吸幅度, 心率变异性, 情感计算, 多感官反馈。

背景与问题

• 问题/挑战: 现有的超声波空中触觉（UMH）设计依赖于手工调试和主观调整，导致效果不一致且难以复现。生物信号驱动的触觉技术（BioHaptics）在视频观看过程中对情感的影响尚不明确。
• 意义: 理解BioHaptics如何调节情感可以增强视频观看体验，使其更加沉浸、引人入胜并具有情感冲击力。这在娱乐、治疗、教育和压力管理等领域具有广泛应用。
• 动机与相关工作: 先前研究表明UMH可以影响情感反应，但缺乏对生物信号驱动设计的系统探索。心率（HR）、心率变异性（HRV）和呼吸幅度（RA）等生物信号已知与情感相关，但尚未在UMH中充分利用以实现情感调节。

解决方案

• 提出的方法: BioHaptics系统将生物信号特征（HR、HRV、RA）编码到超声波空中触觉中，以在视频观看过程中调节情感。
• 创新点:
  1. 系统性评估不同生物信号特征在编码到UMH时对情感反应的影响。
  2. 通过实验验证BioHaptics在主观和生理指标上的效果，并与仅视频观看的对照组进行比较。
  3. 揭示生物信号特征与情感维度之间的关系，为情感调节设计提供建议。
• 程序与关键技术:
  1. 实验1: 收集参与者观看引发情感的视频时的生物信号（HR、HRV、RA等）及其自我报告的情感。
  2. 实验2: 使用实验1中的生物信号特征创建BioHaptics刺激，并评估其对新参与者在视频观看时情感反应的影响。
  3. 对主观评分（愉悦度、唤醒度、支配度）和生理变化进行统计分析，以评估BioHaptics的有效性。

结果

• 具体发现:
  • HR和RA触觉显著增加了呼吸幅度（RA）和心率变异性（HRV），促进了情感调节和愉悦感。
  • HRV触觉显著降低了心率（HR），引发更平静的情感状态。
  • 所有BioHaptics均提高了HRV，表明情感调节能力的提升。
• 相较基线的优势:
  • BioHaptics在促进生理变化（如HRV、RA增加）和增强情感体验方面优于仅视频观看的对照组。
  • 随机触觉反馈（控制条件）未显示显著效果，证实了生物信号驱动触觉的特定影响。
• 实验/评估:
  • 实验1: 22名参与者观看6段引发情感的视频，同时记录其生物信号和自我报告的情感。
  • 实验2: 48名参与者体验了带有BioHaptics反馈（HR、HRV、RA）或随机触觉的情感视频，并将其反应与仅视频观看的对照组进行比较。
  • 指标: 愉悦度、唤醒度、支配度评分；HR、HRV、RA、呼吸频率、皮肤电导反应。
• 局限性与未来工作:
  • 仅限于六种基本情感；未来应探索更复杂的情感。
  • 关注于特定的生物信号特征；可测试其他特征（如EEG）。
  • 结果需在其他触觉模式和多样化用户群体中验证。

总结

本研究提出了BioHaptics系统，该系统利用生物信号驱动的超声波空中触觉技术在视频观看过程中调节情感。实验表明，HR和RA触觉增强了愉悦感和情感调节能力，而HRV触觉通过降低HR引发了平静效果。这些发现突出了BioHaptics在多媒体环境中创造沉浸式、非侵入性情感体验的潜力。未来研究应探索更广泛的应用、额外的生物信号特征，以及在不同触觉设备和用户群体中的普适性。