静电力触觉再现设备的交互精度和效率研究

Tactile interaction promotes the development of the human-computer interaction mode from auditory + visual to auditory + visual + tactile in 3D fusion. Electrostatic tactile representation is the most important way on touch screen for its advantages of high reality, rich experience, low power consumption, and so on. At present, significant advances have been made in electrostatic tactile interaction with the sense of enhancing tactile reality. However, in order to design a highly-available tactile interface and accelerate its scientific research and commercialization application process, it is necessary to research the effect of tactile feedback on interaction performance from effective measurement and model representation issues. The existing accuracy-efficiency models, represented by Fitts law, depend on visual feedback, without considering the effect of high interaction reality and rich experience of electrostatic tactile feedback on user performance. Therefore, this project is based on the custom-designed electrostatic tactile display, exploits kernel principal components analysis and machine learning as mathematical means, researches the following three comments: 1) quantitative description methods of effect difference of electrostatic tactile excitation modes on interaction accuracy and efficiency, 2) theoretical modeling methods of interaction accuracy-efficiency under electrostatic tactile feedback, and 3) validation methods of the accuracy-efficiency model under electrostatic tactile feedback. This project will provide a theoretical basis for the design of tactile interface and the research on its standards, and develop the intelligent human-machine interaction theory system.

触觉再现将人机交互模式由听觉+视觉发展到听觉+视觉+触觉三维融合的崭新阶段。静电力触觉再现具有真实感高、体验丰富和功耗低等优势，是在触摸屏上实现触觉再现最重要的方式。目前，以提升触觉真实感为目标的静电力触觉再现研究已取得显著进展，但为设计可用性强的触觉交互界面，加快其科学研究与商业化应用进程，需要解决触觉反馈对交互性能影响的有效度量与模型表征问题，现有以Fitts定律为代表的交互精度-效率模型通常依赖于视觉反馈，未考虑触觉反馈引入后交互真实感高。体验丰富等因素对交互性能的影响。为此，本项目基于课题组研制的静电力触觉再现设备，以核主成分分析和机器学习等为数学手段，研究不同静电力触觉驱动模式下交互精度和效率差异性的定量描述、静电力触觉反馈下交互精度-效率的理论建模、以及静电力触觉交互精度-效率模型的可信评测。为触觉交互界面设计及其开发标准研究提供理论依据，发展智能人机交互理论体系。

静电力触觉再现具有真实感高、体验丰富和功耗低等优势，是在触摸屏上实现触觉再现最重要的方式。目前，以提升触觉真实感为目标的静电力触觉再现研究已取得显著进展，但为设计可用性强的触觉交互界面，加快其科学研究与商业化应用进程，需要解决触觉反馈对交互性能影响的有效度量与模型表征这一科学问题，本项目基于课题组研制的静电力触觉再现设备，以核主成分分析和机器学习等为数学手段，开展了不同静电力触觉驱动模式下交互精度和效率差异性的定量描述、静电力触觉反馈下交互精度-效率的理论建模、以及静电力触觉交互精度-效率模型的可信评测三项研究工作。并取得了显著性研究进展。. 研究了静电力触觉反馈对旋转手势交互精度和效率的影响，证明了触觉+触控交互模式下交互性能满足Fitts定律；提出了不同驱动信号幅度下静电力触觉反馈对平移交互效率影响程度的分析方法，确定了基于核主成分分析的定量评测指标；研究了不同静电力触觉反馈模式下基本几何轮廓的触觉呈现差异性，证明了基本几何轮廓的波长和高度对触觉呈现效果存在显著性差异；提出了基于机器学习的交互精度-效率理论建模方法，定量评测了静电力驱动信号参量对交互性能的影响程度；设计了“触觉水果分类游戏”，以正确识别率为指标进行了客观效果评测，以用户喜好度为指标进行了主观评测。. 本项目执行期间共发表学术论文8篇，获得吉林省技术发明一等奖1项，申请并公开美国专利1项，申请及授权中国发明专利16项，获得授权软件著作权1项等，完成了项目执行计划书中要求的国内外学术交流活动及人才培养要求。本项目研究成果将为触觉交互界面设计及其开发标准研究提供理论依据，对发展智能人机交互理论体系具有重要意义。