微軟證明「觸覺恐怖谷」存在，VR應注重情景上下文交互設計

文章相關引用及參考：映維網

觸覺的恐怖谷理論意味著人機交互設計者不能簡單地認為觸覺越多越好，或者說觸覺越逼真越好。

（映維網 2018年04月19日）在遠程操作和虛擬現實體驗中，增強的觸覺反饋與其他感覺線索不一致可以減少主觀的現實感，從而產生觸覺的恐怖谷理論。

在類人機器人領域，大多數人都已經熟悉「恐怖谷」理論：機器人過於逼真反而會令人產生不安感，甚至是厭惡感，因為機器人正變得越來越接近人類，但它們又不是真正的人類。

微軟研究團隊進一步研究了這個概念，希望知道在人類與機器人交互期間，遠程操作期間，或者在虛擬環境中執行其他虛擬操作任務期間，人類對力的感知（即觸覺感受）是否存在恐怖谷理論。換句話說，增強機器人（或其他裝置）的「實際」施加力是否必然會導致人類操作員的主觀體驗出現變化？

微軟研究團隊認為答案是否定的：人類操作員對觸覺的主觀感受嚴重依賴於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），則被試對真實感的主觀印象實際上將變得更糟，而不是變得更好。映維網了解到，微軟研究團隊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於類人機器人恐怖谷理論的經典研究所定義。

• （B）來自微軟研究團隊實驗的經驗數據。主觀體驗（subjective experience)對應於臨場感問卷評分。誤差線代表SEM。

• （C）這是刺激範式，通過漏斗效應來產生空間觸覺反饋的錯覺。在普通的觸覺刺激中，所有試驗均向兩個控制器傳遞相同振幅的振動，這種情況下不會產生漏斗效應。但在空間化和視覺+空間化條件下，可以通過改變向每個控制器傳遞的振動觸覺振幅來實現漏斗效應，從而在用戶所能感知的觸覺位置中產生變化。

• （D）在VR頭顯中，被試將看到一個（虛擬）木釘承接在雙手之上（通過控制器的位置和方向感知）。在被動和因果實驗中，被試在特定的「激活區域」舉起木釘以接收觸覺刺激（表示為形似冒煙圓柱的「雲狀物」）。在視覺+空間刺激期間，被試將看到一個白色大理石線索，從視覺上增強觸覺反饋的位置。

為了演示這種效果及其應用，微軟研究團隊將虛擬現實系統作為實驗測試台，通過運動控制器為每隻手提供觸覺感受。微軟研究團隊使用名為漏斗效應（funneling）的技巧來實現觸摸錯覺。漏斗效應為用戶提供了來自控制器（圖1C）不同振幅的同步振動觸覺刺激。當人類被試在每隻手中握持一個以這種方式渲染振動觸覺反饋的控制器時（圖1D），他們體驗到了觸感定位在空間之中（「空間化」）。矛盾的是，「感覺上」它們似乎是源於雙手之間的空白空間。正在發生的事情是：當兩個接近同步的觸覺線索出現時，人類的大腦會整合將這些刺激。也就是說，大腦假設這兩種刺激來自於一個共同的來源，不僅只是時間相同，空間也相同。

請注意，這個實驗設置是作為一個生態意義上有效的代理，其經過了精心的設計，可以靈敏地探測觸覺刺激的潛在影響，並且適用於各種遠程操作任務。這很重要，因為用更高保真度的觸覺感受來增強這樣的任務可能會伴隨著一個（經常未被說明的）假設，即這種「優化」總是會產生更真實和更逼真的虛擬環境。當然，逼真感和沉浸感是主觀認知，但我們可以使用科學的臨場感問捲來評估和量化它們。

在本視頻中，我們將介紹一系列導致我們提出觸覺恐怖谷理論的研究。恐怖谷理論最初是用來描述我們對接近於人類，但又非完美人類的超逼真機器人和角色的反感。現在我們發現，相同的效果可以出現在觸覺身上。通過向兩個運動控制器提供不同強度的同步振動，我們在虛擬現實中生成了一種特殊觸感的幻覺。在虛擬環境中的兩隻手透過一個木銷釘彼此相連。當我們改變振動強度時，我們在畫面上顯示一個白色大理石撞擊木銷釘的情景。觸感似乎是位於兩手之間的空白空間。當我們在不顯示大理石的情況下生成相同的模擬時，這種明顯的體外處觸感空間定位將繼續存在。但與向雙手提供相同強度的普通振動相比，對觸感空間化的提升形成了一種更糟糕的主觀體驗。當被試上下移動木釘時，體驗將有所改善從而令它們成為了觸覺的代理。在本論文中，我們首次說明了對觸覺的優化可能會導致恐怖谷理論的出現，我們同時描繪了避免這個觸覺版恐怖谷理論的關鍵要點。

為了更好地理解觸覺感知，以及其是如何引發上述的觸覺版恐怖谷（更重要的是，如何避免這一點），微軟研究團隊進行了數個實驗。實驗研究了被動觸覺刺激（當人類被試被動地接收觸覺刺激）與動態觸覺刺激（由被試的運動觸發）之間的對比。對類人機器人的研究表明，通過操縱模擬的各個方面，我們可以改變或消除經典恐怖谷理論所引起的不安感（甚至是厭惡感）。例如，卡通特徵可以減少機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影響結果，微軟研究團隊同時探索了因果觸覺刺激，亦即用戶可以合理地將其歸因於外部原因。微軟研究團隊採取了動畫雲狀物的形式，並且部分模糊了漏斗效應位置的視圖，從而「解釋」了觸覺感受方面的任何差異。

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

當運動控制器沒有提供觸感或者嗡嗡振動時，用戶在VR體驗里的沉浸感為適中。當控制器的振動給人一種逼真的局部觸感幻覺時，用戶會感到不安，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。這時用戶將會體驗到高度沉浸感。

同樣地，微軟研究團隊的研究結果表明技術可以減少和擺脫觸覺版恐怖谷理論。例如在動態觸覺刺激中，要求被試參執行一個動作足以為觸覺感受提供「理由」，從而令主觀經驗重新與所感知的真實感保持一致。另外在微軟研究團隊對因果觸覺刺激的研究中，提供一種「導致」感官之間不匹配的動畫特徵（一種移動的雲狀物）足以維護主觀體驗。

觸覺的恐怖谷理論意味著人機交互設計者不能簡單地認為觸覺越多越好，或者說觸覺越逼真越好。隨著體驗不再局限於純粹的視覺顯示，並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，同時或許會破壞觸覺渲染的「優化」。

主觀不一致會在多個感官通道中產生衝突的感知。當人腦潛意識地將這些衝突線索整合到統一的感知中時，最終的結果可能會降低主觀體驗（即沉浸感降低）。微軟研究團隊對觸覺版恐怖谷理論的發現表明，我們需要把人類-機器人交互設計的重點從精度轉移至情景上下文，並且需要提出一種多模式方法來實現觸覺反饋，亦即將多個人類感覺通道納入設計，渲染和對用戶體驗中觸覺感受的評估。

儘管微軟研究團隊是在虛擬現實測試平台上進行了演示，但其影響根源於人類的感知，因此這可能會影響真實世界應用的真實感和沉浸感，如遠程控制機器人和遠程手術。希望研究提供的見解，方法論和結果可以有助於未來提高觸覺效果，以及改善（而不是減損）整體的用戶體驗。

相關論文：The uncanny valley of haptics（登錄查看下載地址）

原文鏈接：https://yivian.com/news/44266.html

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