2018年04月19日)在遠(yuǎn)程操作和虛擬現(xiàn)實(shí)體驗(yàn)中，增強(qiáng)的觸覺反饋與其他感覺線索不一致可以減少主觀的現(xiàn)實(shí)感，從而產(chǎn)生觸覺的恐怖谷理論。

　　在類人機(jī)器人領(lǐng)域，大多數(shù)人都已經(jīng)熟悉“恐怖谷”理論：機(jī)器人過于逼真反而會(huì)令人產(chǎn)生不安感，甚至是厭惡感，因?yàn)闄C(jī)器人正變得越來越接近人類，但它們又不是真正的人類。

　　微軟研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步研究了這個(gè)概念，希望知道在人類與機(jī)器人交互期間，遠(yuǎn)程操作期間，或者在虛擬環(huán)境中執(zhí)行其他虛擬操作任務(wù)期間，人類對(duì)力的感知(即觸覺感受)是否存在恐怖谷理論。換句話說，增強(qiáng)機(jī)器人(或其他裝置)的“實(shí)際”施加力是否必然會(huì)導(dǎo)致人類操作員的主觀體驗(yàn)出現(xiàn)變化?

　　微軟研究團(tuán)隊(duì)認(rèn)為答案是否定的：人類操作員對(duì)觸覺的主觀感受嚴(yán)重依賴于觸覺和視覺刺激融合為為人類大腦的單一感知。如果觸覺保真度增加，但這與其他感官反饋不一致(如視覺和聽覺線索)，則被試對(duì)真實(shí)感的主觀印象實(shí)際上將變得更糟，而不是變得更好。映維網(wǎng)了解到，微軟研究團(tuán)隊(duì)將這種退化稱為觸覺的恐怖谷理論。

　　(A)理論上的觸覺版恐怖谷理論是由關(guān)于類人機(jī)器人恐怖谷理論的經(jīng)典研究所定義。

　　(B)來自微軟研究團(tuán)隊(duì)實(shí)驗(yàn)的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。主觀體驗(yàn)(subjective experience)對(duì)應(yīng)于臨場感問卷評(píng)分。誤差線代表SEM。

　　(C)這是刺激范式，通過漏斗效應(yīng)來產(chǎn)生空間觸覺反饋的錯(cuò)覺。在普通的觸覺刺激中，所有試驗(yàn)均向兩個(gè)控制器傳遞相同振幅的振動(dòng)，這種情況下不會(huì)產(chǎn)生漏斗效應(yīng)。但在空間化和視覺+空間化條件下，可以通過改變向每個(gè)控制器傳遞的振動(dòng)觸覺振幅來實(shí)現(xiàn)漏斗效應(yīng)，從而在用戶所能感知的觸覺位置中產(chǎn)生變化。

　　(D)在VR頭顯中，被試將看到一個(gè)(虛擬)木釘承接在雙手之上(通過控制器的位置和方向感知)。在被動(dòng)和因果實(shí)驗(yàn)中，被試在特定的“激活區(qū)域”舉起木釘以接收觸覺刺激(表示為形似冒煙圓柱的“云狀物”)。在視覺+空間刺激期間，被試將看到一個(gè)白色大理石線索，從視覺上增強(qiáng)觸覺反饋的位置。

　　為了演示這種效果及其應(yīng)用，微軟研究團(tuán)隊(duì)將虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)作為實(shí)驗(yàn)測試臺(tái)，通過運(yùn)動(dòng)控制器為每只手提供觸覺感受。微軟研究團(tuán)隊(duì)使用名為漏斗效應(yīng)(funneling)的技巧來實(shí)現(xiàn)觸摸錯(cuò)覺。漏斗效應(yīng)為用戶提供了來自控制器(圖1C)不同振幅的同步振動(dòng)觸覺刺激。當(dāng)人類被試在每只手中握持一個(gè)以這種方式渲染振動(dòng)觸覺反饋的控制器時(shí)(圖1D)，他們體驗(yàn)到了觸感定位在空間之中(“空間化”)。矛盾的是，“感覺上”它們似乎是源于雙手之間的空白空間。正在發(fā)生的事情是：當(dāng)兩個(gè)接近同步的觸覺線索出現(xiàn)時(shí)，人類的大腦會(huì)整合將這些刺激。也就是說，大腦假設(shè)這兩種刺激來自于一個(gè)共同的來源，不僅只是時(shí)間相同，空間也相同。

　　請注意，這個(gè)實(shí)驗(yàn)設(shè)置是作為一個(gè)生態(tài)意義上有效的代理，其經(jīng)過了精心的設(shè)計(jì)，可以靈敏地探測觸覺刺激的潛在影響，并且適用于各種遠(yuǎn)程操作任務(wù)。這很重要，因?yàn)橛酶�高保真度的觸覺感受來增強(qiáng)這樣的任務(wù)可能會(huì)伴隨著一個(gè)(經(jīng)常未被說明的)假設(shè)，即這種“優(yōu)化”總是會(huì)產(chǎn)生更真實(shí)和更逼真的虛擬環(huán)境。當(dāng)然，逼真感和沉浸感是主觀認(rèn)知，但我們可以使用科學(xué)的臨場感問卷來評(píng)估和量化它們。

　　在本視頻中，我們將介紹一系列導(dǎo)致我們提出觸覺恐怖谷理論的研究�？植拦壤碚撟畛跏怯脕砻枋鑫覀儗�(duì)接近于人類，但又非完美人類的超逼真機(jī)器人和角色的反感�，F(xiàn)在我們發(fā)現(xiàn)，相同的效果可以出現(xiàn)在觸覺身上。通過向兩個(gè)運(yùn)動(dòng)控制器提供不同強(qiáng)度的同步振動(dòng)，我們在虛擬現(xiàn)實(shí)中生成了一種特殊觸感的幻覺。在虛擬環(huán)境中的兩只手透過一個(gè)木銷釘彼此相連。當(dāng)我們改變振動(dòng)強(qiáng)度時(shí)，我們在畫面上顯示一個(gè)白色大理石撞擊木銷釘?shù)那榫啊Ｓ|感似乎是位于兩手之間的空白空間。當(dāng)我們在不顯示大理石的情況下生成相同的模擬時(shí)，這種明顯的體外處觸感空間定位將繼續(xù)存在。但與向雙手提供相同強(qiáng)度的普通振動(dòng)相比，對(duì)觸感空間化的提升形成了一種更糟糕的主觀體驗(yàn)。當(dāng)被試上下移動(dòng)木釘時(shí)，體驗(yàn)將有所改善從而令它們成為了觸覺的代理。在本論文中，我們首次說明了對(duì)觸覺的優(yōu)化可能會(huì)導(dǎo)致恐怖谷理論的出現(xiàn)，我們同時(shí)描繪了避免這個(gè)觸覺版恐怖谷理論的關(guān)鍵要點(diǎn)。

　　為了更好地理解觸覺感知，以及其是如何引發(fā)上述的觸覺版恐怖谷(更重要的是，如何避免這一點(diǎn))，微軟研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了數(shù)個(gè)實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)研究了被動(dòng)觸覺刺激(當(dāng)人類被試被動(dòng)地接收觸覺刺激)與動(dòng)態(tài)觸覺刺激(由被試的運(yùn)動(dòng)觸發(fā))之間的對(duì)比。對(duì)類人機(jī)器人的研究表明，通過操縱模擬的各個(gè)方面，我們可以改變或消除經(jīng)典恐怖谷理論所引起的不安感(甚至是厭惡感)。例如，卡通特征可以減少機(jī)器人的類人程度及其所帶來的逼真感。為了確定被試自上而下的期望是否會(huì)影響結(jié)果，微軟研究團(tuán)隊(duì)同時(shí)探索了因果觸覺刺激，亦即用戶可以合理地將其歸因于外部原因。微軟研究團(tuán)隊(duì)采取了動(dòng)畫云狀物的形式，并且部分模糊了漏斗效應(yīng)位置的視圖，從而“解釋”了觸覺感受方面的任何差異。

　　微軟研究團(tuán)隊(duì)的結(jié)果顯示，被試可以在不同位置定位振動(dòng)觸覺刺激，并且建立空間觸覺效果。但隨著觸覺真實(shí)感的增加超過了模擬中的互補(bǔ)線索(來自其他感官)，整體的沉浸感也隨之下降。因此，這些研究結(jié)果為上述命題提供了支持：即存在觸覺的恐怖谷理論。

　　當(dāng)運(yùn)動(dòng)控制器沒有提供觸感或者嗡嗡振動(dòng)時(shí)，用戶在VR體驗(yàn)里的沉浸感為適中。當(dāng)控制器的振動(dòng)給人一種逼真的局部觸感幻覺時(shí)，用戶會(huì)感到不安，而且沉浸感將降低，除非他們能夠看到造成這種感覺的來源，如虛擬大理石碰到虛擬木釘。這時(shí)用戶將會(huì)體驗(yàn)到高度沉浸感。

　　同樣地，微軟研究團(tuán)隊(duì)的研究結(jié)果表明技術(shù)可以減少和擺脫觸覺版恐怖谷理論。例如在動(dòng)態(tài)觸覺刺激中，要求被試參執(zhí)行一個(gè)動(dòng)作足以為觸覺感受提供“理由”，從而令主觀經(jīng)驗(yàn)重新與所感知的真實(shí)感保持一致。另外在微軟研究團(tuán)隊(duì)對(duì)因果觸覺刺激的研究中，提供一種“導(dǎo)致”感官之間不匹配的動(dòng)畫特征(一種移動(dòng)的云狀物)足以維護(hù)主觀體驗(yàn)。

　　觸覺的恐怖谷理論意味著人機(jī)交互設(shè)計(jì)者不能簡單地認(rèn)為觸覺越多越好，或者說觸覺越逼真越好。隨著體驗(yàn)不再局限于純粹的視覺顯示，并且正開始集成多種豐富的感官信息(如觸覺和聽覺)，不匹配將成為可能，同時(shí)或許會(huì)破壞觸覺渲染的“優(yōu)化”。

　　主觀不一致會(huì)在多個(gè)感官通道中產(chǎn)生沖突的感知。當(dāng)人腦潛意識(shí)地將這些沖突線索整合到統(tǒng)一的感知中時(shí)，最終的結(jié)果可能會(huì)降低主觀體驗(yàn)(即沉浸感降低)。微軟研究團(tuán)隊(duì)對(duì)觸覺版恐怖谷理論的發(fā)現(xiàn)表明，我們需要把人類-機(jī)器人交互設(shè)計(jì)的重點(diǎn)從精度轉(zhuǎn)移至情景上下文，并且需要提出一種多模式方法來實(shí)現(xiàn)觸覺反饋，亦即將多個(gè)人類感覺通道納入設(shè)計(jì)，渲染和對(duì)用戶體驗(yàn)中觸覺感受的評(píng)估。

　　盡管微軟研究團(tuán)隊(duì)是在虛擬現(xiàn)實(shí)測試平臺(tái)上進(jìn)行了演示，但其影響根源于人類的感知，因此這可能會(huì)影響真實(shí)世界應(yīng)用的真實(shí)感和沉浸感，如遠(yuǎn)程控制機(jī)器人和遠(yuǎn)程手術(shù)。希望研究提供的見解，方法論和結(jié)果可以有助于未來提高觸覺效果，以及改善(而不是減損)整體的用戶體驗(yàn)。