基於影片中透過逆動力學估計的力，透過振動呈現用力感

核心概念

本文提出了一種透過振動呈現影片中人物動作用力感的方法，透過逆動力學估計關節受力，並將其轉換為振動強度，讓觀看者能更直觀地理解動作的力度和技巧。

摘要

研究目標

本研究旨在開發一種方法，透過分析影片中人物的動作，並將其轉換為振動訊號，讓觀看者能夠感受到動作的用力感，進而更直觀地理解動作的力度和技巧。

研究方法

• 研究人員使用BlazePose人體姿態估計庫從影片中提取動作資訊，並利用逆動力學計算關節受力。
• 他們採用Stevens的冪定律將力的大小轉換為感知強度，並根據感知強度生成振動波形。
• 振動波形的產生是基於AM波，其頻率為200 Hz，振幅則根據感知強度進行調整。

主要發現

• 研究人員成功開發出一套系統，可以根據影片中人物的動作產生相應的振動回饋。
• 在演示中，觀看者可以透過手持振動器感受到深蹲動作產生的地面反作用力，從而體驗到動作的用力感。

主要結論

• 本研究提出的方法可以有效地將影片中人物動作的用力感傳達給觀看者。
• 這種基於振動的回饋機制可以應用於運動訓練、動作分析等領域，幫助人們更好地理解和學習動作技巧。

研究意義

本研究提供了一種新穎的人機互動方式，透過觸覺回饋增強了人們對影片內容的理解，對於運動科學、虛擬實境等領域具有潛在的應用價值。

研究限制與未來方向

• 目前該系統僅能呈現單一關節的用力感，未來可以發展多點觸覺回饋，呈現更複雜的動作細節。
• 未來研究可以探討不同頻率和振幅的振動對感知用力感的影響，以及如何最佳化振動回饋的設計。

統計資料

根據Stevens的冪定律，力的感知強度與力的1.7次方成正比。
振動波形的頻率設定為200 Hz。

引述

"The physical load felt during exercise is influenced by moving joints and gravity. The perception of force and the perception of effort are two perceptions closely linked to another [1]."

從以下內容提煉的關鍵洞見

Presenting the Sense of Effort through Vibration Based on Force Estimated by Inverse Dynamics in Videos

by Ryoma Akai, ... 於 arxiv.org 11-11-2024

https://arxiv.org/pdf/2411.05105.pdf

深入探究

除了運動分析，這種基於振動呈現用力感的方法還能應用於哪些領域？

除了運動分析，這種基於振動呈現用力感的方法還可以用於以下領域：

虛擬實境(VR)和擴增實境(AR)體驗： 增強沉浸感，讓使用者更真實地感受到虛擬物體的重量、阻力，以及與虛擬環境的互動。例如，在VR遊戲中模擬舉起重物、拉弓射箭等動作，或是讓AR使用者在虛擬裝修時感受到不同材質的觸感差異。
遠程醫療和復健訓練： 醫生可以遠程指導病患進行復健動作，並透過振動回饋即時調整動作的力度和角度。對於一些需要精準控制力度的復健訓練，例如中風後的手部精細動作訓練，這種技術可以提供更有效的幫助。
人機交互和機器人控制： 將人類操作者的用力感傳遞給機器人，讓機器人可以更精確地執行任務，例如遠程操控手術機器人、拆彈機器人等。
藝術表演和娛樂體驗： 為舞蹈、音樂等表演形式增添新的表現力，讓觀眾不僅僅是用眼睛看，更可以用身體感受表演者的情緒和力量。例如，可以讓觀眾感受到舞蹈演員跳躍時的輕盈感，或是音樂家演奏時的力度變化。
總之，這種基於振動呈現用力感的方法具有廣泛的應用前景，可以應用於任何需要傳遞力量信息的領域，為人們帶來更豐富、更直觀的體驗。

如果影片中的人物動作不夠標準，透過振動回饋是否會誤導觀看者的學習？

的確存在這種可能性。如果影片中的人物動作不夠標準，透過振動回饋可能會誤導觀看者的學習。這是因為：

觀看者難以分辨振動來源： 振動回饋僅僅是對用力感的模擬，觀看者難以分辨振動是來自於正確的用力方式，還是來自於影片中人物的錯誤動作。
過度依賴振動回饋： 觀看者可能會過度依賴振動回饋，而忽略了對動作本身的觀察和理解，這反而不利於學習正確的動作。
為了避免這種情況，可以採取以下措施：

確保示範影片的動作標準性： 選擇由專業人士錄製的、動作標準的示範影片，這是最根本的解決方案。
結合視覺提示和文字說明： 除了振動回饋，還可以結合視覺提示（例如標記關節位置、運動軌跡等）和文字說明，幫助觀看者更好地理解動作要領。
循序漸進地訓練： 先讓觀看者觀察和模仿動作，然後再逐步加入振動回饋，避免一開始就過度依賴振動。
總之，基於振動呈現用力感的方法可以作為輔助學習的工具，但不能完全替代傳統的學習方式。在設計和應用這種技術時，需要充分考慮其潛在的誤導性，並採取相應的措施來避免負面影響。

人類感知世界的途徑非常多元，除了視覺和觸覺，未來是否能結合聽覺、嗅覺等感官，創造更全面的體驗？

的確，人類感知世界的途徑非常多元，結合聽覺、嗅覺等感官，創造更全面的體驗是未來發展的重要方向。以下是一些可能的發展方向：

多感官融合技術： 將視覺、聽覺、觸覺、嗅覺等多種感官信息融合在一起，創造更加真實、沉浸式的體驗。例如，在觀看運動教學影片時，可以加入運動員的呼吸聲、肌肉摩擦聲，甚至運動後汗水的氣味，讓學習者更加身臨其境。
個性化感官體驗： 根據不同用户的感官偏好和學習習慣，提供個性化的感官體驗。例如，有些學習者可能更偏向於視覺學習，而有些學習者可能更偏向於聽覺學習，可以根據他們的需求調整不同感官信息的比例和呈現方式。
情感化感官設計： 通過不同的感官刺激，激發用户的特定情緒和情感，例如，可以利用音樂、香氛等營造輕鬆愉悅的氛圍，提高學習者的學習興趣和效率。
總之，未來感官技術的發展將會更加注重多感官融合、個性化體驗和情感化設計，為人們帶來更加豐富、自然、直觀的感官體驗，這將會為教育、娛樂、醫療等領域帶來革命性的變化。