Meta研究用基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的稀疏皮膚刺激傳達(dá)豐富AR/VR社交接觸信息

　　社交接觸是人類的一種自然交流方式。隨著我們通過(guò)視頻會(huì)議、電子郵件和短信增加遠(yuǎn)程交流，社交接觸的重要性越來(lái)越明顯。如果沒有親身體驗(yàn)到的深度感和微妙感，遠(yuǎn)程交流會(huì)導(dǎo)致孤獨(dú)感和社會(huì)孤立感的增加，并對(duì)身心健康產(chǎn)生重大影響。社交距離的需要加劇了這一問題，并進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)了高表現(xiàn)力遠(yuǎn)程通信的重要性。

　　研究人員一直在尋找通過(guò)可穿戴和手持觸覺設(shè)備來(lái)復(fù)制社交觸覺的方法，并探索了幾種傳遞觸覺的方法，如振動(dòng)、熱刺激和空氣噴射。然而，大多數(shù)社交觸覺設(shè)備都專注于復(fù)制單一形式的社交觸覺，如握手和擁抱等等。

　　另外，所述設(shè)備中的大多數(shù)都利用通常為簡(jiǎn)單描述而優(yōu)化的手動(dòng)生成信號(hào)，而不是傳遞觸摸交互的豐富性和微妙性。另一方面，人類的社交觸摸信號(hào)復(fù)雜多樣。即使是直接將人類交互從傳感器映射到致動(dòng)器的設(shè)備都依賴于傳感和驅(qū)動(dòng)方法之間的緊密耦合。

　　在名為《Data-driven sparse skin stimulation can convey social touch information to humans》，斯坦福大學(xué)，南加州大學(xué)和Meta的研究人員表示基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的稀疏皮膚刺激可以傳達(dá)豐富的社交接觸信息。

　　團(tuán)隊(duì)的方法并非關(guān)注專門的硬件，而是通過(guò)使用數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的方法來(lái)利用記錄的人類社交觸摸數(shù)據(jù)，從而豐富地表示一系列社交觸摸信息。這允許使用各種記錄和驅(qū)動(dòng)設(shè)備發(fā)出復(fù)雜多樣的社交觸摸信號(hào)。社交觸覺裝置與皮膚接觸的類型各不相同。一些設(shè)備僅限于將觸覺刺激(如振動(dòng)、加熱或壓力)應(yīng)用于皮膚的局部區(qū)域。其他設(shè)備則是沿著皮膚連續(xù)移動(dòng)，在皮膚范圍內(nèi)的任何地方施加刺激。

　　研究人員將重點(diǎn)放在其定義的“稀疏”設(shè)備之上。所述設(shè)備將觸覺刺激應(yīng)用于皮膚的多個(gè)單獨(dú)局部區(qū)域。之所以關(guān)注稀疏設(shè)備，是因?yàn)樗鼈兊臋C(jī)械復(fù)雜度低于連續(xù)設(shè)備，但又比僅對(duì)單個(gè)局部皮膚區(qū)域施加刺激更具表現(xiàn)力。

　　論文探討了在給定適當(dāng)處理的情況下，是否可以使用稀疏驅(qū)動(dòng)來(lái)表示社交觸摸數(shù)據(jù)。團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種一致的、可推廣的、數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)型算法來(lái)將記錄的人類觸摸映射為稀疏表示。研究人員利用多目標(biāo)追蹤技術(shù)找到可能代表持續(xù)或高壓觸摸交互的數(shù)據(jù)，然后找到最佳區(qū)域進(jìn)行渲染。

　　接下來(lái)，通過(guò)臂戴式單自由度音圈致動(dòng)器陣列顯示八個(gè)固定接觸點(diǎn)的稀疏觸摸信號(hào)，每個(gè)致動(dòng)器間隔37-50 mm。根據(jù)方向辨別測(cè)試，所述接觸點(diǎn)的距離大于皮膚傳入辨別閾值。在實(shí)驗(yàn)中，團(tuán)隊(duì)測(cè)試了被試根據(jù)致動(dòng)器陣列產(chǎn)生的被動(dòng)感知信號(hào)來(lái)識(shí)別社交觸摸場(chǎng)景的能力。

　　為了分析人類的社會(huì)接觸并產(chǎn)生人工的接觸信號(hào)，團(tuán)隊(duì)收集了一個(gè)自然的社交接觸數(shù)據(jù)集。參與者是成對(duì)招募，他們自認(rèn)為是親密朋友或浪漫伴侶。在收集自然社交接觸數(shù)據(jù)集后，研究人員開發(fā)了一種算法來(lái)將記錄的觸摸數(shù)據(jù)映射到可以在觸覺設(shè)備上呈現(xiàn)的信號(hào)。所述算法假設(shè)觸覺設(shè)備由一組用于呈現(xiàn)觸摸信息的致動(dòng)器組成，并且致動(dòng)器的數(shù)量小于傳感器的數(shù)量。因此，團(tuán)隊(duì)通過(guò)數(shù)據(jù)尋找一致的高壓軌跡，將傳感器數(shù)據(jù)降低到致動(dòng)器的維度，并使用致動(dòng)器陣列呈現(xiàn)所述軌跡的選擇。

　　總的來(lái)說(shuō)，研究分兩個(gè)階段進(jìn)行。在第一階段，團(tuán)隊(duì)創(chuàng)建了一個(gè)新的社交接觸數(shù)據(jù)集。所述數(shù)據(jù)集涉及到人人交互場(chǎng)景，不給出人類應(yīng)該使用哪些手勢(shì)的指示，并且直接記錄了力數(shù)據(jù)。在相關(guān)研究中，則通過(guò)定義的手勢(shì)來(lái)記錄人類的社交接觸互動(dòng)。所述數(shù)據(jù)涉及簡(jiǎn)單的手勢(shì)，并明確指示用戶如何執(zhí)行每個(gè)手勢(shì)。收集它們的主要目的是分類，而不是生成性建模。

　　在第二階段，團(tuán)隊(duì)將一種映射算法應(yīng)用于社交觸摸數(shù)據(jù)集中的實(shí)例，并檢查一組新的被試是否可以使用感覺來(lái)確定數(shù)據(jù)來(lái)自的場(chǎng)景。研究人員發(fā)現(xiàn)，被試在6個(gè)場(chǎng)景中的準(zhǔn)確率為45%，而在親密朋友和合作伙伴之間的人際互動(dòng)中的準(zhǔn)確率則為57%。這表明社交觸摸信號(hào)可以通過(guò)稀疏的皮膚刺激來(lái)表現(xiàn)。

　　實(shí)驗(yàn)共有六個(gè)場(chǎng)景，六個(gè)場(chǎng)景中的每一個(gè)都有一個(gè)信號(hào)：尋求關(guān)注、感激、快樂、平靜、愛和悲傷。對(duì)于每個(gè)信號(hào)，被試需要選擇它是從哪個(gè)場(chǎng)景派生。在沒有訓(xùn)練的情況下，被試實(shí)現(xiàn)了高場(chǎng)景分類準(zhǔn)確率：分類準(zhǔn)確率達(dá)到45%。研究表明，戀愛關(guān)系中的個(gè)體比成對(duì)的陌生人更能準(zhǔn)確地辨別情感，因此，伴侶發(fā)出的信號(hào)可能會(huì)達(dá)到更高的準(zhǔn)確度。

　　研究結(jié)果表明，使用自然的人類表情來(lái)進(jìn)行詳細(xì)的觸覺交流是可能的。團(tuán)隊(duì)觀察到，對(duì)愛、悲傷和注意力的反應(yīng)模式比對(duì)感激、快樂和平靜的反應(yīng)模式具有更高的系數(shù)。

　　這項(xiàng)研究的主要貢獻(xiàn)包括：在人類被試測(cè)試中，社交觸摸分類的準(zhǔn)確性是通過(guò)使用一個(gè)新的社交觸摸數(shù)據(jù)集實(shí)現(xiàn)。所述數(shù)據(jù)集通過(guò)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的映射算法傳遞，并在稀疏觸覺設(shè)備進(jìn)行渲染;團(tuán)隊(duì)描述了數(shù)據(jù)收集的詳細(xì)情況，并提供了結(jié)果數(shù)據(jù)集供公眾使用。團(tuán)隊(duì)同時(shí)提出了一種新的渲染算法，并提供了相關(guān)的代碼，以便于今后在觸覺渲染方面的研究。