觸覺感知的客觀評估：基於視覺-觸覺敲擊交互作用的Stroop測試

核心概念

本研究旨在建立一種客觀評估觸覺刺激合理性的方法，特別是在剛度和材質感知方面，並設計了一種基於視覺-觸覺敲擊交互作用的Stroop測試。

摘要

研究論文摘要

書目信息

Ishikawa, R., & Hachisu, T. (2023). Soft or Stiff? Stroop Tasks in Visuo-Tactile Tapping Interactions. In Proceedings of the 2023 CHI Conference on Human Factors in Computing Systems. (pp. 1-4). New York: ACM.

研究目標

本研究旨在建立一種客觀評估觸覺刺激合理性的方法，特別是在剛度和材質感知方面。

研究方法

研究人員設計了一種基於視覺-觸覺敲擊交互作用的Stroop測試。參與者在虛擬空間中使用觸控筆敲擊立方體，並根據視覺感知立即識別材質。系統會同時呈現視覺（紋理）和觸覺（振動）刺激，並根據視覺和觸覺刺激是否一致（例如，視覺為金屬，觸覺也為金屬）來比較參與者的反應時間。

主要發現

如果觸覺刺激被認為是合理的，那麼當視覺和觸覺刺激代表不同的材質時，反應時間會比它們代表相同材質時更長。

主要結論

基於Stroop效應的視覺-觸覺敲擊交互作用測試可以作為一種客觀評估觸覺刺激合理性的方法。

研究意義

本研究為評估觸覺渲染的合理性提供了一種新的客觀方法，這對於開發更逼真和沉浸式的虛擬現實體驗至關重要。

局限性和未來研究方向

未來的研究可以進一步探討不同材質和紋理對Stroop效應的影響，以及評估該方法在其他觸覺感知方面的應用。

統計資料

觸控筆以大約 1 米/秒或更低的速度敲擊立方體。
旋轉編碼器的分辨率為 2000P/R。
微控制器以 10 kHz 的頻率運行循環。
數模轉換器的分辨率為 12 位。

引述

“One of the key challenges in the field of haptic research is designing plausible stimuli using haptic interfaces with limited degrees of freedom.”
“This study aims to establish an objective evaluation method for haptic stimuli designed using the plausible approach.”
“Participants experience the visuo-tactile Stroop effect, in which they feel their slower and/or less accurate responses when visual and tactile stimuli represent incongruent materials than when they are congruent.”

從以下內容提煉的關鍵洞見

Soft or Stiff? Stroop Tasks in Visuo-Tactile Tapping Interactions

by Ryotaro Ishi... 於 arxiv.org 11-11-2024

https://arxiv.org/pdf/2411.05163.pdf

深入探究

除了反應時間，還有哪些指標可以用来评估触觉刺激的合理性？

除了反應時間，還有以下指標可以評估觸覺刺激的合理性：

正確率: 在Stroop測試中，除了測量反應時間，還可以測量參與者判斷材料的正確率。如果觸覺刺激合理，那麼在視覺和觸覺一致的情況下，參與者的判斷正確率應該會更高。反之，如果觸覺刺激不合理，或者與視覺刺激產生衝突，那麼參與者的判斷正確率就會下降。
主觀評分: 可以讓參與者對觸覺刺激的真實性、自然度、舒適度等方面進行主觀評分，例如使用李克特量表 (Likert Scale)。
生理指標: 例如皮膚電反應 (GSR)、腦電圖 (EEG) 和心率變異性 (HRV) 等，這些指標可以反映出參與者對觸覺刺激的真實感受和情緒反應。例如，真實的觸覺刺激可能會引起更強烈的生理反應。
自由描述: 讓參與者用自己的語言描述他們對觸覺刺激的感受和聯想，可以更深入地了解觸覺刺激的效果，以及可能存在的設計缺陷。
需要注意的是，沒有一種指標是完美的，應該根據具體的研究目的和實驗設計選擇合適的指標組合，才能更全面、客觀地評估觸覺刺激的合理性。

如果參與者本身對不同材質的觸覺感知能力較弱，該如何排除這種個體差異對實驗結果的影響？

個體差異確實會影響觸覺感知實驗的結果。為了排除對不同材質觸覺感知能力較弱的參與者對實驗結果的影響，可以採取以下措施：

前測篩選: 在正式實驗前，對所有參與者進行觸覺感知能力的篩選測試。可以使用標準化的觸覺測試工具，例如兩點辨別閾值測試、觸覺图形辨別測試等，篩選出觸覺感知能力在正常範圍內的參與者。
控制變量: 記錄參與者的年齡、性別、觸覺經驗等可能影響觸覺感知能力的因素，並在數據分析階段將其作為控制變量進行統計分析，以排除這些因素對實驗結果的影響。
採用 within-subject design: 在實驗設計上，盡量採用 within-subject design，即讓所有參與者都完成所有實驗條件，包括不同材質的觸覺刺激。這樣可以减少個體差異對實驗結果的影響，更關注不同材質觸覺刺激之间的差異。
增加樣本量: 通過增加樣本量，可以降低個體差異對實驗結果的影響，提高實驗結果的可靠性。

如何將這種基於Stroop效應的評估方法應用於更廣泛的感官體驗設計，例如結合視覺、聽覺和觸覺的多感交互設計？

基於Stroop效應的評估方法可以應用於更廣泛的感官體驗設計，特別是結合視覺、聽覺和觸覺的多感交互設計。以下是一些思路：

視覺-觸覺 Stroop 測試: 可以將視覺元素（例如顏色、形狀、紋理）與觸覺刺激（例如粗糙度、溫度、硬度）配對，設計出視覺-觸覺 Stroop 測試，評估不同感官通道之間的一致性對用户認知的影响。例如，當視覺呈現光滑的表面，而觸覺感受到粗糙的紋理時，參與者的反應時間是否會變慢？
聽覺-觸覺 Stroop 測試: 可以將聽覺元素（例如音調、響度、音色）與觸覺刺激配對，設計出聽覺-觸覺 Stroop 測試。例如，當聽到清脆的聲音，而觸覺感受到柔軟的材質時，參與者的反應時間是否會變慢？
多感官 Stroop 測試: 可以結合視覺、聽覺和觸覺等多種感官通道，設計出更複雜的多感官 Stroop 測試。例如，當視覺呈現冰塊，聽覺播放冰塊碰撞的聲音，而觸覺感受到溫暖的溫度時，參與者的反應時間和判斷準確率會如何變化？
通過這些基於 Stroop 效應的多感官評估方法，設計者可以更好地理解不同感官通道之間的交互作用，以及多感官刺激的一致性對用户體驗的影响，從而設計出更加自然、沉浸和引人入勝的多感官交互體驗。