面向飞行交互任务的三种人机交互方式效率比较研究

目的针对飞行任务情境下的多通道人机交互系统,比较手动触控、眼动控制和语音控制三种人机交互模式的交互效率。方法以20名飞行员为对象,基于特定飞行任务情境,分别以三种人机交互模式完成一级(相对简单)和二级(相对复杂)交互实验任务。交互效率指标包括系统的交互时间、响应时间、融合计算时间和错误次数。实验完成后飞行员再进行主观评价,评价内容包括交互模式与任务的适配性、与使用预期的一致性、容错性、有效反馈性和对于该交互模式在未来飞行领域的应用倾向性。结果在飞行任务情境下的交互效率,手动触控、语音控制和眼动控制之间普遍存在显著性差异,但在一级和二级交互任务中的差异性各有不同。综合各级交互实验任务,得到的主要实验结果包括:(1)手动触控的交互时间最短,语音控制的交互时间最长,交互模式的主效应显著(F=18.214,P<0.001,η^(2)=0.565);(2)手动触控的响应时间最短,眼动触控的响应时间最长,交互模式的主效应显著(F=153.085,P<0.001,η^(2)=0.944);(3)手动触控的融合计算时间最短,语音控制的融合计算时间最长,交互模式的主效应显著(F=41.702,P<0.001,η^(2)=0.777);(4)语音控制的错误最少,眼动控制的错误最多,交互模式的主效应显著(χ^(2)=22.845,P<0.001,φ=1.097);(5)飞行员对语音控制的主观评价得分均高于眼动控制,且均具有统计学意义(P<0.001,P<0.01)。结论本研究针对飞行交互任务,通过实验和主观评价相结合的方式,对手动触控、语音控制和眼动控制三种交互模式的交互效率进行了比较研究,交互模式对交互效率有明显影响。手动触控在交互时间效率上有明显优势,语音控制在简单任务的准确性中占优,而眼动控制在时间效率和准确性方面均相对较弱;相比眼动控制,飞行员对语音控制表现出更高的评价和倾向性。研究结果可为多通道交互系统的未来设计、评估与应用提供参考。

人手运动质量检测与评价方法的研究

目的 :研究人手三维运动检测装置 ,探讨人手运动质量评价方法。方法 :运用图像检测与处理技术获取人手运动的三维轨迹 ,提出了 11种指标研究与评价食指触点运动质量。结果 :应用研制的装置和提出的评价指标 ,检测分析了健康人食指触点动作的运动质量。结论 :研制的人手三维运动检测装置有较高的空间分辨率 ,使用简单方便 。

上肢抓取运动协调控制模式分析

为了探讨人体上肢运动功能康复评定方法,本文研究了健康人抓取过程中的运动协调模式。实验检测了8名健康受试者在不同条件下抓取水杯喝水动作时手臂运动轨迹和主要控制肌群的肌电信号,并且与理论计算结果进行了比较分析,探讨了抓取运动的协调规律。结果表明抓取动作具有运动轨迹的拓扑不变性,关节角度之间存在线性协同变化关系,多块肌群结成运动协调元实现抓取运动的控制。

一种新颖的手部运动跟踪系统

目前已有的手部运动跟踪系统大多在一定程度上限制了人体运动自由.基于此,提出一种无线、可穿戴、无障碍的腕关节、指关节运动跟踪系统.在人体每个手指甲上粘贴一轻小永磁体,用以产生标示腕关节、指关节运动的信号;若干磁传感器置于手腕处的电子腕带上,作为标示信号(磁信号)检测器.当腕关节、指关节运动时,永磁体在各传感器所在位置处的合成磁场发生变化,传感器对该磁场信号进行测量,所检测到的磁场信号送入手部姿势估计器,估计器基于系统数学模型计算手部姿势,从而实现对手部运动的跟踪.

基于LeapMotion的个体化手部建模与实时交互

虚拟人手的实时建模是以人机交互为核心的VR/AR系统中的重要技术难点,传统的基于LeapMotion的手部跟踪视觉反馈仅展示骨架动画信息,缺少应用演示的真实感。由此,提出了一个快速高效的个体化手部建模与实时交互系统,重点阐述了该系统的的工作原理以及算法。以含有骨架信息的静止手模型为模板,使用LeapMotion跟踪用户手的骨架数据作为输入,提出了基于骨骼尺寸的手部模型自动个体化建模算法。提供了一种基于不完整骨骼运动数据的线性蒙皮技术的改进算法,可快速计算不同手部姿势下骨架之间的变换矩阵,动态更新虚拟手的姿势。实验结果表明,此系统在实验的硬件平台上运行速度可以达到60 f/s,误差稳定在4 mm以内,能为人机交互任务实时提供真实可靠的视觉反馈。

食指触点运动结构模式的主元分析

为了研究人手运动结构模式的内在规律,选取食指触点动作为研究对象,对其空间运动轨迹进行快速摄像记录和分析,通过将不同样本运动轨迹归一化处理和选定参数化指标体系,对人手运动结构模式进行主元分析。分析表明:食指触点运动过程中指尖、关节的空间轨迹具有相对固定的结构模式,反映人手在慢速、快速运动中均具有普遍相似的协调规律;人手运动的速度变化、姿态调整与外界空间的状态和所需完成的操作任务有较强的相关性。主元分析法为研究人手的协调规律和机器人冗余运动协调控制提供了新的理论和方法。

食指掌指关节的正向动力学分析

为探讨运动生物力学建模与分析的基础性问题 ,以食指为研究对象建立了包含神经兴奋 -肌肉收缩动力响应和肌肉 -肌腱动力特性在内的食指掌指关节正向动力学模型 ,并针对该关节快速屈曲 6 0°的运动过程 ,采用参数最优化方法进行了模拟计算。模拟结果表明 ,在快速屈曲过程中 ,食指短时平均角速度近似为匀速 ,瞬时角速度呈现阻尼振荡形式。

皮肤位移对人手运动图像三维检测精度的影响

为研究皮肤位移对人手运动三维图像检测精度的影响 ,对食指 -拇指对捏运动过程进行了测试、分析。并在此基础上 ,利用人手运动三维图像实时检测装置 ,进行了标定实验 ,取得了较为理想的测量效果。分析表明 :1)在进行手指一般运动分析时 ,如果在手指上选择优化的标志点粘贴位置 ,标志点族的面积和长度相对变化量小于 5 % ,皮肤位移产生的影响基本可以忽略不计 ;2 )皮肤位移对各指节测量精度影响有所不同 ,远侧指节误差较小 ,近侧指节产生的误差较大 ;3)当对捏指的屈曲角度增大 ,对捏运动周期百分比达 6 0 %时 ,皮肤位移对检测精度的影响快速增大。