论文可穿戴设备中振动刺激式触觉人机交互，该文是关于人机交互相关论文范文检索和人机交互和触觉和刺激方面论文如何怎么撰写.
【摘 要】各类技术与实验研究的不断推进使可穿戴产品的功能特征及交互方式产生了革命性的进步,触觉交互现已成为人机交互领域最新技术.而在振动刺激式、压力刺激式、电刺激式和温度刺激式这四类主要触觉刺激方式中,振动刺激式具有较高的感知舒适度、一致性与较优的相应速度及可调节范围.故本文主要介绍可穿戴设备中的振动式触觉刺激方式,总结其发展历史与当前研究现状,并展望未来研究方向.
【关键词】可穿戴；人机交互；触觉；振动刺激
中图分类号：TP242.61文献标志码：A文章编号：11007-0125(2018)16-0218-02
长久以来的单一信息传递方式使人们对视觉通道产生过度依赖,从而导致视觉信息过载.随着可穿戴设备及虚拟实境技术的不断发展,触觉通道对人体产生的影响日益得到重视.
相较于单一的视觉通道所获取的接受性信息而言,触觉式交互系统则更具双向性.可穿戴设备研究中,人体触觉人机交互对于研究者的心理物理学及工程学研究能力具有一定要求,不仅需具有心理物理学理论基础,且具备研究过程中所需仪器的设计与实现能力.由于在研究中需要对于人体感觉进行定量测量,故对仪器的精准度要求甚高,需拥有精确的感知能力.
现阶段发展中,可穿戴设备产品主要集中于三类产品：以手腕为支撑的watch类（含手表和腕带等产品）,以脚为支撑的shoes类（含鞋、袜或者将来的其他腿上佩戴产品）,以头部为支撑的Glass类（包括眼镜、头盔、头带等）.其中,以手腕为支撑的watch类产品占据目前市面上可穿戴设备的百分之七十左右.换言之,穿戴设备在生活中的拓展与实际应用仍留有极大探索空间.
所幸,人体触觉感受的相关研究一直在向前迈进,在一些目前尚未为广大消费群体高度关注的领域,仍有许多研究人员为使可穿戴设备应用于更多场景而不懈努力.
以TSAS可穿戴背心为例[1],研究人员将带有可控制气体释放的阀门控制器置入若干微型装置,并将其以矩阵联结模式有序排布于背心上,使每个联结点皆对应相应控制阀门.阀门打开时,释放气体冲出而使人体皮肤对该装置产生感应,即可以气流冲击传递信息.而不同的阀门对应于不同的信号,飞行员则在专业训练中熟记各个阀门所代表的不同信号,该背心的所有空气阀门装置将向飞行员传递整个飞机包括方向、速度在内的全部飞行状态.飞行员将背心贴身穿戴,以便敏捷辨别各类信息.经测试,在经过对于该背心的专业感应训练后,飞行员甚至可以蒙上双眼在无法看见任何仪器及路线状况的情况下安全驾驶飞机飞行,顺利完成一系列复杂的飞行测试.
同时,也有研究人员将以此为延伸的触觉感知穿戴设备转向军事领域研究,除指挥作战与日常监管外,多用于武器装备[2].如团队协作作战时,为避免暴露己方人员或目标,队员间常以约定手势信号沟通,然此举仍是基于视觉通道的信息传递.若能将前文穿戴背心之工作原理转换为振动器的矩阵排布,应用于作战装备之中,辅以一定训练,便可借由信号点所传递的信息了解各单位人员相对位置,甚至可用于传达简单信号,以期分担部分视觉传输通道之负载.此外,美军陆军研究实验室（ARL）的机械工程师DanBaechle所测试的“MAXFAS”手臂外骨骼系统可有效减弱手臂在射击训练时所产生的振感,并以其对于射击动作的智能记忆缩短训练周期,不仅可减少与经费消耗,其更大的意义在于在战斗中辅助使用者快速瞄准并射击目标[3].
就市场占有率而言,虽目前可穿戴设备的振动器大多是以单一振动源进行信息提示或交流,然对于多个振动器的共同作用方式的相关研究亦从未止步,尝试以更多的组合方式传达更多维度的信号及将振动器组合排列所产生的关于方向性的传递功能也是现阶段研究人员所关注的领域.
在此类型的实验中,由FrankGeldard和普林斯顿大学的CarlSherrick发现的被称为“Cutaneousrabbitillusion”的触觉错觉研究对于后来的阵列振感研究有较大的推动作用[4].该实验发现,若将两个或以上的振动传感器有序排列于被试者身体部位,同时调试使得振动器快速有序地发出振动信号,那么,虽两个振动点间无实际的振动器向被试者发射信号,但被试者由于对传感的延时性反应,亦将感受到一个连贯的、具有方向指向性的触觉信息.
介于多个振动器的序列振动具有方向指向,故使其于导航领域的应用研究具有重大价值.目前导航的装置或应用多是基于视觉及听觉通道进行传输,部分以单一振动源振动作为辅助提示.若能有效利用多个振动器的序列振动进行方向性提示,或可使导航系统更具直观性.如早年印度科技公司尝试将触觉反馈系统及GPS功能置入鞋垫中,其所设计的命名为“Lechal”的智能鞋垫可借由不同振动方式提示使用者方向的转向及正确性、是否抵达终点等简单信息.这种创新性设计不仅可用于盲人导航,在普通用户的使用中亦有助于缓解视觉压力.
将导航行为从以视觉依赖为主的导航地图中解放后,用户可将更多关注度集中于现实环境,间接提升行进途中的安全系数.由于人体视觉处理机制存在“变化盲视”的反应误差,且鉴于触觉反应系统拥有人体感官中最快的反应速度,故可借助触觉提醒视觉.虽触觉有无法传递复杂、多层次信息的缺点,但若用于提示重点注意方位则有着其他感官无法比拟的优越性.若将触觉感知区域用振动器的矩阵排布与之相对应,用以提示提示驾驶员车身附近行人、车辆或障碍物等的出现方向,以触觉辅助视觉从而避免事故发生.
诚然,触觉交互不过是可穿戴设备众多组成部分之一,而本文所述也仅是触觉交互中的冰山一角.尤在迈入大数据时代的今天,以数据体系为支撑的部分穿戴设备在数据处理方面也取得了优异成绩,假以时日,或可借此推动设备间多种交互方式的联结与互补,从而实现设备效用最大化.
参考文献：
[1]钟高言.异军突起的航空电子技术[J].国际航空,2003(6):60-63.
[2]邓威,张德彬.智能可穿戴设备军事应用与发展趋势[J].国防科技,2016,37(1):57-60.
[3]觅海.美军研制“麦克法斯”手臂外骨骼[J].轻兵器,2015(22).
[4]GeldardFA,SherrickCE.TheCutaneous"Rabbit":APerceptualIllusion[J].Science,1972,178(4057):178-179.
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参考文献：
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