多点STM：探讨绘制速度和焦点数量对超声悬浮空中触觉中感知强度、效价和唤醒的影响

文献标题

Multi-point STM: Effects of Drawing Speed and Number of Focal Points on Users’ Responses using Ultrasonic Mid-Air Haptics

文献信息

• 主题领域: 超声波中空触觉的用户感知与情感反应
• 关键词: 超声波中空触觉, 知觉, 情感, 多点STM, 触觉反馈, 绘制速度, 焦点数量, 触觉模式, 用户研究

研究背景与问题

1. 发现的问题或挑战:

   • 当前超声波中空触觉（UMH）研究多基于单点触觉模式（STM）技术，且多集中于绘制速度等参数对用户的触觉感知（如强度）影响，缺少对多点STM影响的研究。
   • 研究尚未测试多点STM中不同调制参数（如绘制速度和焦点数量）对用户认知和情感的整体影响，包括感知强度、愉悦感和激活水平。

2. 重要性:

   • UMH 技术具有广泛的应用前景，例如虚拟现实、广告设计和治疗辅助等，但研究尚未充分揭示多点STM如何影响用户的触觉体验和情感感知。
   • 探索新参数（如焦点数量）的影响有助于优化触觉模式，拓展相关应用情景。

3. 研究动机与相关工作:

   • 大量前期研究已探讨单点STM对用户感知影响的规律，但如何将这些结论扩展至多点STM仍是未知的。
   • 为了填补这一研究空白，本文旨在综合分析绘制速度和焦点数量两参数对用户触觉体验（强度）和情感反应（愉悦、激活水平）的影响。

解决方案

1. 方法概述:

   • 提议通过多点STM研究绘制速度和焦点数量的调制参数如何分别或联合影响用户的感知与情感反应。
   • 使用实验方法，选取9种组合条件（3种绘制速度与3种焦点数量）。

2. 创新之处:

   • 首次分析焦点数量（即调制的自由度）对人类感知和情感反应的影响。
   • 比较多点STM与单点STM的相似性，以便探索两者间参数规律的可迁移性。

3. 实施步骤与关键技术:

   • 配置实验，使用GS-PAT算法生成多点STM 。
   • 控制变量（如触觉形状、焦点大小等），以减少干扰因素，确保可重复性。
   • 招募30名参与者，评估他们对强度、愉悦感和激活水平的感知。
   • 数据分析采用归一化用户评分，通过Friedman检验等统计方法评估独立变量对依赖变量的显著影响。

研究成果

1. 具体成果:

   • 绘制速度对感知和情感的影响:
     • 高绘制速度（5 m/s）提升感知强度和激活水平，但愉悦感未显示显著变化。
     • 低绘制速度（1 m/s）引发更加平和、愉悦的情感体验。
   • 焦点数量的影响:
     • 单点STM产生最高的感知强度和激活水平，多点STM（特别是3点）则降低感知强度和激活水平，同时提升了愉悦感。
   • 综合影响:
     • 单点STM适用于增强感知强度和情感激活；多点STM更能削弱感知强度、增强平和感受以帮助放松。

2. 比较优势:

   • 与传统单点STM类似，多点STM的绘制速度对用户反应的趋势具有一致性，这为单点STM经验扩展至多点提供了可能性。
   • 新的焦点数量参数被证实可以通过调控点数精确设计情感体验。

3. 实验不足与未来方向:

   • 当前研究未测试其他参数（如形状、采样频率）对用户反应的可能影响。
   • 建议结合客观测量（如脑电信号或皮肤电导反应）加强对情感反应的理解。
   • 未来研究应探索多点STM在复杂触觉形状及动态模拟交互中的潜力。

总结与设计启示

• 多点STM的参数调控为设计师提供了更多控制用户触觉和情感体验的自由度：
  • 使用单点STM设计激烈、刺激的触觉体验。
  • 使用多点STM设计平和、放松的触觉体验。
• 研究结果可应用于虚拟现实游戏、广告设计、情感表达辅助工具及治疗性应用等领域，丰富用户体验的多样化场景选择。