[论文解读] Interpretation of Tactile Sensation using an Anthropomorphic Finger Motion Interface to Operate a Virtual Avatar

Yusuke Ujitoko, Koichi Hirota|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2014

Virtual Reality Applications and Impacts参考文献 26被引用 3

一句话总结

本研究表明，当用户用手指模仿腿部动作时，指尖的触觉反馈可被感知为源自一个无形虚拟化身脚底的触觉。通过同步第一人称视觉视角、本体感觉反馈和手指运动，用户体验到对化身腿部的错觉拥有感，且触觉感知的粗糙度与化身脚部大小成比例，使手指能有效替代腿部用于移动界面。

ABSTRACT

The objective of the system presented in this paper is to give users tactile feedback while walking in a virtual world through an anthropomorphic finger motion interface. We determined that the synchrony between the first person perspective and proprioceptive information together with the motor activity of the user's fingers are able to induce an illusionary feeling that is equivalent to the sense of ownership of the invisible avatar's legs. Under this condition, the perception of the ground under the virtual avatar's foot is felt through the user's fingertip. The experiments indicated that using our method the scale of the tactile perception of the texture roughness was extended and that the enlargement ratio was proportional to the avatar's body (foot) size. In order to display the target tactile perception to the users, we have to control only the virtual avatar's body (foot) size and the roughness of the tactile texture. Our results suggest that in terms of tactile perception fingers can be a replacement for legs in locomotion interfaces.

研究动机与目标

• 探究通过手指运动的同步视觉、本体感觉和运动反馈，用户是否能体验到对无形虚拟化身腿部的错觉拥有感。
• 探究指尖的触觉感觉是否可被解释为源自化身脚底。
• 确定手指与腿部之间尺度差异对虚拟环境中触觉感知的影响。
• 评估仅控制化身脚部大小和纹理粗糙度是否能有效再现目标触觉感知。

提出的方法

• 开发了一种拟人化手指运动（AFM）接口，将手指动作映射到虚拟化身的移动。
• 用户在观看虚拟化身第一人称视角的同时，用手做出类似行走的动作。
• 通过用户指尖下方的纹理板提供触觉反馈，模拟与地面的接触。
• 系统同步视觉视角、手指运动的本体感觉反馈以及触觉刺激，以诱导错觉性身体归属感。
• 在不同条件下改变化身身体大小（标准大小的2/3和1.5倍），以测试对触觉感知的尺度影响。
• 参与者将指尖感知到的纹理大小与标准纹理进行比较，选择与虚拟化身脚底感知粗糙度相匹配的材料。

实验结果

研究问题

• RQ1 通过手指运动的同步视觉、本体感觉和运动反馈，是否能诱导用户对无形虚拟化身腿部的错觉拥有感？
• RQ2 指尖的触觉感觉是否可被感知为源自化身脚底？
• RQ3 手指与腿部之间的尺度差异如何影响虚拟环境中纹理粗糙度的感知？
• RQ4 纹理的感知触觉大小是否与化身脚部大小成比例？

主要发现

• 当手指运动与第一人称视角及本体感觉反馈同步时，参与者报告对无形虚拟化身腿部有强烈的错觉拥有感。
• 触觉感知的纹理粗糙度显著与化身脚部大小成比例：脚部较大的化身导致感知到更粗糙的纹理，脚部较小的化身导致感知到更细腻的纹理。
• 在三分之二大小条件下，参与者为达到相同的感知粗糙度，选择了更大的纹理材料（p < 0.05），表明存在感知尺度化。
• 在一点五倍大小条件下，参与者选择了更小的纹理材料（p < 0.01），证实感知粗糙度与化身大小成比例。
• 错觉拥有感和感知尺度化在较大化身条件下更加一致和准确，表明在高比例条件下感知校准更优。
• 结果证实，仅通过两个参数——化身脚部大小和纹理粗糙度——即可充分控制并再现目标触觉感知。