基于三维视角追踪数据的脊柱侧弯矫形器设计要素感性工学评价方法

针对传统二维图像感性评价(Kansei image)方法的局限性，研究人员创新性地结合眼动追踪与三维视角追踪技术，构建三维仿真空间对脊柱侧弯矫形器进行"隐蔽性"设计要素优化。通过划分兴趣区(AOI)和加权计算，证实三维数据比单一眼动数据更精准，为医疗产品的情感化设计提供了新范式。

　　

在医疗产品设计领域，脊柱侧弯矫形器长期面临功能性与情感需求难以平衡的困境。青少年特发性脊柱侧弯(AIS)患者不仅承受生理痛苦，更因矫形器外观显眼产生严重心理抗拒，导致治疗依从性(compliance)骤降。尽管现有研究通过有限元分析(FEA)和生物力学模拟优化了功能设计，却忽视了"隐蔽性"这一关键情感诉求。传统感性评价依赖二维图像，无法还原真实三维交互场景，使得设计优化缺乏精准数据支撑。

为此，研究人员提出突破性解决方案：将眼动追踪技术与三维视角追踪(3D perspective tracking)结合，构建沉浸式仿真空间。通过采集用户在三维环境中的注视轨迹与空间坐标，首次实现设计要素与感性意象的立体化关联分析。研究以"hidden"为关键词感性词，将矫形器按功能分区标记为兴趣区(AOI)，通过加权算法量化各区域对隐蔽性的贡献度。结果显示，三维数据较传统眼动数据准确率提升显著，其中肩带结构和腋下区域的优化权重最高。

关键技术包括：1) Unity引擎搭建可交互三维仿真空间；2) Tobii Pro眼动仪同步采集二维注视数据；3) SteamVR定位系统捕捉三维空间坐标；4) 基于AOI分区的数据融合算法。实验招募32名受试者，对比二维图片与三维模型的眼动指标（注视持续时间、注视次数等），发现三维环境下平均注视时长差异达18.7%（p<0.05）。

研究结果揭示：

1. 三维仿真空间构建：通过Unity创建的交互环境比二维图像更真实反映用户-产品互动，实验数据显示三维组的空间注视路径复杂度高出2.3倍。

2. 设计要素权重计算：采用熵权法整合眼动数据与空间坐标，腰围调节装置的设计权重达0.328，显著影响隐蔽性感知。

3. 快速决策支持：设计师可依据热力图在72小时内完成关键区域优化，患者原型测试满意度提升41.2%。

结论部分强调，该研究创立了医疗产品感性评价的新范式：

• 方法学突破：首次实现眼动数据与三维空间数据的加权融合，解决二维评估的视角局限问题

• 临床价值：通过提升矫形器隐蔽性，预计可使青少年患者日均佩戴时长增加2.1小时

• 行业影响：为FDA三类医疗器械的情感化设计提供量化标准，相关算法已申请发明专利

讨论指出，未来研究可拓展至材料透明度、色彩心理学等维度。该成果发表于《Displays》，为可穿戴医疗设备的设计优化提供了革命性工具，其方法论框架同样适用于假肢、助听器等需兼顾功能与美观的产品领域。