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核心概念
本文提出了一種基於擬真觸覺的創新方法，通過整合視覺反饋和被動觸覺手套，在虛擬實境環境中模擬物體重量，並透過兩個VR立方體遊戲驗證其在相對重量辨別任務中的有效性。
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Innovative Weight Simulation in Virtual Reality Cube Games: A Pseudo-Haptic Approach
研究目標：
本研究旨在開發一種創新的擬真觸覺模型，利用被動觸覺手套和視覺反饋，在虛擬實境（VR）環境中模擬物體重量。
研究人員開發了兩個VR立方體遊戲來評估該模型的有效性，特別是在相對重量辨別和絕對重量估計方面的表現。
方法：
擬真觸覺模型： 該模型結合了手部力量偵測模組和視覺反饋模組。
手部力量偵測模組： 使用力敏電阻器（FSR）偵測手掌和手指施加的力量，並透過Arduino Uno將訊號傳輸到VR環境。
視覺反饋模組： 根據使用者施加的力量與預期力量的比率（C/D比率）動態調整虛擬物體的位置，以產生重量錯覺。
VR立方體遊戲：
遊戲一「排列立方體」： 參與者需根據重量從輕到重排列立方體，評估相對重量辨別能力。
遊戲二「平衡秤」： 參與者需將立方體放置在平衡秤上，使其兩側重量相等，評估絕對重量估計能力。
參與者： 12名年齡介於18至59歲的參與者參與了實驗，其中一半使用C/D比率，另一半則未使用。
主要發現：
相對重量辨別： 使用C/D比率的參與者在「排列立方體」遊戲中嘗試次數較少，表明視覺模擬結合施加力量能增強相對重量辨別能力。
絕對重量估計： 在「平衡秤」遊戲中，使用C/D比率的參與者並未表現出更佳的表現，這表明C/D比率對於精確的重量估計效果有限。
重量辨別差異： 參與者在區分較輕立方體時遇到較多困難，而較重的立方體則更容易正確放置。
主要結論：
擬真觸覺模型的有效性： 研究結果表明，基於擬真觸覺的模型能有效地在VR環境中產生重量模擬和感知，特別是在相對重量辨別方面。
潛在應用： 該模型在增強VR體驗和應用於需要重量感知的虛擬訓練方面具有潛力。
限制和未來研究方向：
樣本量： 參與者人數有限，未來需要更大規模和更多樣化的樣本量來驗證結果。
遊戲設計： 遊戲的複雜性和立方體數量有限，未來可以開發更複雜的場景和任務來進一步評估模型的有效性。
定量評估： 未來研究可以使用更精確的測量方法，例如心理物理學實驗，來量化評估該模型的性能。
統計資料
十二名年齡介於 18 至 59 歲的參與者參與了這項實驗。
在第一個遊戲中，共嘗試了 35 次：未使用 C/D 比率的參與者嘗試了 22 次，而使用 C/D 比率的參與者嘗試了 13 次。
相比之下，第二個遊戲記錄了 25 次嘗試：未使用 C/D 比率的參與者嘗試了 9 次，而使用 C/D 比率的參與者嘗試了 16 次。
深入探究
除了視覺和被動觸覺反饋之外，還有哪些其他感官模態可以整合到虛擬實境中以增強重量感知，這些模態如何相互補充？
除了視覺和被動觸覺反饋，以下感官模態也可以整合到虛擬實境 (VR) 中以增強重量感知：
聽覺反饋： 物體移動或放置時產生的聲音可以提供有關其重量的線索。例如，重物落地時會發出沉悶的聲音，而輕物則會發出清脆的聲音。
與視覺和被動觸覺反饋相結合，聽覺反饋可以創造更逼真的體驗，因為它提供了另一個感官輸入來增強重量感知。
溫度反饋： 研究表明，人們傾向於將較重的物體感知為比相同材料的較輕物體更冷。模擬這種現象可以通過使用熱電冷卻器或加熱器來實現。
溫度反饋可以通過提供另一種與重量感知相關的感官體驗來補充視覺和被動觸覺反饋。
多重觸覺反饋： 可以使用各種觸覺設備來模擬不同的紋理、形狀和表面，從而提供更豐富的觸覺體驗。
通過結合多種觸覺反饋，使用者可以體驗到更逼真的物體重量和觸感，從而增強整體的沉浸感。
這些感官模態可以相互補充，創造更逼真和身臨其境的虛擬實境體驗。通過刺激多種感官，大腦可以更準確地感知虛擬物體的重量和其他特性。
雖然該研究表明 C/D 比率能有效模擬相對重量，但對於需要精確重量估計的任務（如虛擬手術訓練）來說，其應用可能會有什麼限制？
雖然 C/D 比率在模擬相對重量方面表現出色，但在需要精確重量估計的任務中，例如虛擬手術訓練，其應用存在一些限制：
缺乏絕對重量感： C/D 比率主要依賴於視覺和被動觸覺線索來創造重量錯覺。它無法提供使用者對物體絕對重量的真實感知。
在虛擬手術訓練中，外科醫生需要準確判斷器官和組織的重量，才能進行逼真的操作。僅僅依靠 C/D 比率提供的相對重量信息可能不足以完成這些任務。
個體差異和適應性： 人們對 C/D 比率的感知存在個體差異。此外，使用者可能會隨著時間推移適應這種效果，從而降低其有效性。
對於需要高度精確性和一致性的虛擬手術訓練，由於個體差異和適應性問題，僅依靠 C/D 比率可能不夠可靠。
特定任務需求： 某些手術操作需要精確的力反饋，而 C/D 比率無法完全模擬。例如，打結或縫合需要對線張力的精確控制，而這僅靠視覺和被動觸覺反饋難以實現。
對於需要精確重量估計的任務，可以結合其他技術來克服 C/D 比率的局限性：
主動觸覺設備： 這些設備可以提供力反饋，讓使用者感受到物體重量的阻力。
多感官整合： 如前所述，結合聽覺、溫度和多重觸覺反饋可以增強重量感知的真實感。
總之，雖然 C/D 比率是一種很有前途的重量模擬技術，但對於虛擬手術訓練等需要精確重量估計的任務，它並非完美的解決方案。需要進一步的研究和開發，將 C/D 比率與其他技術相結合，才能滿足這些應用程序的特定需求。
如果將此重量模擬技術應用於虛擬購物，例如讓顧客感受不同服裝面料的重量和垂墜感，將會如何改變線上購物的體驗？
將重量模擬技術應用於虛擬購物，特別是讓顧客感受不同服裝面料的重量和垂墜感，將為線上購物帶來革命性的變化：
增強產品體驗： 顧客可以更真實地感受產品，例如感受不同面料（如絲綢、羊毛或牛仔布）的重量和垂墜感。
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這可以提高品牌忠誠度和顧客滿意度。
減少退貨率： 通過提供更逼真的產品體驗，顧客可以更準確地評估產品是否符合他們的期望，從而減少因尺寸、合身度或面料感覺不如預期而導致的退貨。
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總之，將重量模擬技術整合到虛擬購物中，將為顧客創造更具吸引力和信息量的體驗。通過彌合線上和線下購物體驗之間的差距，這種技術有可能徹底改變我們購物的方式。
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