对影响粗糙度感知的潜在因素的综述

《International Journal of Industrial Ergonomics》：A review of potential factors affecting roughness perception

触觉反馈在扩展现实中的重要性日益提升，但其实现仍面临技术难题和认知机制不明确的双重挑战。通过系统综述和心理物理量级研究，本文将影响粗糙度感知的因素归类为交互、系统、用户和上下文四类，共识别32个因素和8个因素组，构建了用户体验框架下的综合分析模型，为触觉技术和人机交互研究提供理论支撑。

　　在当今科技迅猛发展的背景下，触觉回馈（tactile feedback）在扩展现实（Extended Reality, XR）中的重要性日益受到关注。触觉回馈不仅能够提升用户的沉浸感，还能在人机交互中提供更真实的体验。然而，尽管触觉回馈技术的应用潜力巨大，其在实际实施过程中仍面临诸多挑战。这些挑战不仅源于技术层面的复杂性，还与人类认知过程中的触觉感知机制密切相关。目前，关于粗糙度（roughness）感知的研究虽然广泛，但仍然存在碎片化的问题，主要体现在触觉刺激的实施方式、样本的提供以及实验环境的多样性上。因此，建立一个全面且系统化的理解框架，对于深入研究粗糙度感知具有重要意义。

本研究基于用户体验框架（User Experience Framework）对影响粗糙度感知的关键因素进行了系统的归纳与分类，最终识别出32个关键因素，并将其划分为8个因素组。这一分类有助于更清晰地理解这些因素如何相互作用，从而影响人们对粗糙度的感知。用户体验框架包含四个主要元素：交互（Interaction）、系统（System）、用户（User）和上下文（Context）。交互要素关注的是用户如何体验粗糙度，系统要素则涉及粗糙度刺激的实现方式，用户要素聚焦于感知粗糙度的个体特征，而上下文要素则强调了感知粗糙度所处的环境因素。通过将这些因素组织在用户体验框架内，本研究为理解粗糙度感知提供了坚实的理论基础，同时也为触觉体验的更广泛研究提供了参考。

在虚拟现实（VR）和增强现实在（AR）中，视觉反馈已经取得了显著进展，高分辨率显示屏和3D渲染技术的成熟使得视觉体验更加逼真。同样，随着空间音频技术的发展，听觉回馈也能有效地模拟真实世界的声音环境，通过调整声音的方向性和深度，为用户提供更加自然的听觉体验。相比之下，触觉回馈的实现则更具挑战性，因为它需要精确地模拟多种感官元素，包括纹理、压力、振动和温度。触觉得到的感知过程涉及多个感官受体，这些受体在感知过程中扮演着复杂且相互关联的角色，使得触觉感知的具体机制仍然不够明确。因此，除了提升硬件和软件性能外，理解人类如何感知和反应于触觉刺激，以及影响这一过程的因素，对于推动触觉回馈技术的发展至关重要。

触觉感知通常被划分为三个阶段：刺激生成、感官受体响应和大脑的感知解释。刺激可以通过多种物理接触方式、振动或压力产生，随后这些信号被感官受体处理，并通过神经传导传递至大脑，最终被解释为粗糙度、强度等属性。这一过程不仅受到物理刺激本身的影响，还受到环境因素、心理状态、个体特征、实验条件以及表面处理方式的综合影响。即使是相同的刺激，由于个体触摸方式的不同，以及实验情境的差异，触觉感知也会有所不同。因此，研究粗糙度感知不仅需要关注刺激的物理特性，还需要考虑感知方法、用户特征和环境因素之间的相互作用。

过去的研究对触觉感知的探讨已经非常广泛，尤其是在触觉属性如粗糙度方面的研究，因其在人类识别和区分表面纹理中扮演着关键角色。本研究旨在通过系统回顾与粗糙度相关的心理物理学（psychophysical）标定研究，探讨影响粗糙度感知的潜在因素。心理物理学标定研究专注于定量分析物理刺激与主观感知之间的关系，从而揭示影响粗糙度感知的各种物理和心理因素。由于粗糙度感知是一种与主观体验密切相关的感官特征，采用心理物理学方法对于准确理解人类如何感知和评估粗糙度具有重要意义。为更好地理解这一需求，本研究首先回顾了以往关于粗糙度感知概念和测量方法的研究。

在本研究中，用户体验框架被用作理论基础，该框架在第二部分进行了详细讨论。第三部分详细介绍了与粗糙度相关的心理物理学标定研究的选取过程，以及影响因素的分类。第四至第七部分则对关键影响因素进行了系统的分类，依据用户体验框架的四个要素进行组织。通过这种方式，本研究不仅总结了以往研究中提到的关键因素，还提出了克服现有局限的方向。

粗糙度感知的研究在过去取得了许多成果，但仍然存在定义不统一和测量方法不一致的问题。在许多研究中，粗糙度通常被描述为刺激的物理属性，如沟槽宽度或元素大小，或者与特定触觉通道的参与程度相关，如帕西尼安感受器（Pacinian corpuscle）。然而，这些描述往往缺乏统一的标准，使得不同研究之间的可比性受到限制。为了更好地解决这一问题，本研究采用系统化的方法，对影响粗糙度感知的因素进行了全面分析，并基于用户体验框架进行了分类。

在实验设计方面，本研究采用了首选报告项目（Preferred Reporting Items for Systematic Reviews and Meta-Analyses, PRISMA）方法，以确保研究数据的全面性和可靠性。通过在SCOPUS、Web of Science、SpringerLink和APA PsycNet等四个数据库中进行检索，收集了大量与粗糙度相关的心理物理学标定研究。检索基于标题、摘要和关键词，关键词包括“触觉”、“haptic”、“触摸”等。通过这种方法，本研究不仅能够获取相关研究的全面信息，还能够识别出影响粗糙度感知的关键因素。

在交互要素的研究中，本研究探讨了参与者如何体验粗糙度，以及这一过程中的方法论问题。以往关于粗糙度感知的研究往往缺乏对参与者如何触摸刺激的明确指导，这可能导致实验结果的不一致。例如，Klatzky等人（2003）允许参与者自由触摸刺激，而没有控制速度或力度，这种自由度虽然有助于自然感知，但也可能引入不必要的变量。因此，为了确保实验的可重复性和数据的准确性，需要对参与者触摸刺激的方法进行规范和控制。

在系统要素的研究中，本研究关注了粗糙度刺激的实现方式。过去的研究引入了多种方法来诱导粗糙度感知，这些方法在不同程度上影响了实验结果。常见的方法包括使用不同材质的表面、调整刺激的频率和振幅，以及模拟不同温度和压力的触觉体验。这些方法虽然有助于研究粗糙度感知，但仍然存在一定的局限性，例如刺激的标准化程度不足、实验设备的多样性等。因此，为了更好地理解粗糙度感知的机制，需要对刺激的实现方式进行系统化的分析和优化。

在用户要素的研究中，本研究探讨了感知粗糙度的个体特征。用户特征包括年龄、性别、触觉敏感性、认知能力等，这些因素在不同程度上影响着个体对粗糙度的感知。例如，老年人可能对触觉刺激的敏感性较低，而年轻人则可能更容易感知到细微的表面差异。此外，个体的心理状态，如注意力水平、情绪状态等，也会影响其对粗糙度的感知。因此，在研究粗糙度感知时，需要充分考虑用户特征，以便更准确地分析和解释实验结果。

在上下文要素的研究中，本研究关注了实验环境和实验程序对粗糙度感知的影响。实验环境包括温度、湿度、光线等物理条件，这些条件在不同程度上影响着个体的感知体验。例如，较高的温度可能会使个体对粗糙度的感知更加敏感，而较低的湿度则可能降低触觉刺激的感知效果。此外，实验程序的设计，如刺激的呈现顺序、实验的时间安排等，也会影响个体的感知过程。因此，在设计实验时，需要充分考虑上下文因素，以确保实验的系统性和可重复性。

通过将影响粗糙度感知的因素分为交互、系统、用户和上下文四个要素，本研究提供了一个系统化的框架，有助于更全面地理解粗糙度感知的复杂性。这一框架不仅能够帮助研究人员识别关键因素，还能够为触觉体验的进一步研究提供指导。此外，本研究的发现还对更广泛的触觉体验领域提供了有价值的见解，表明这些因素可能在多个领域中具有应用价值，如触觉技术开发、虚拟现实和人机交互等。

在实际应用中，触觉回馈技术的发展需要充分考虑这些因素的影响。例如，在虚拟现实环境中，为了提供更真实的触觉体验，需要设计合理的刺激实现方式，并确保实验环境和实验程序的标准化。此外，用户特征的多样性也需要被纳入考虑范围，以便为不同用户群体提供个性化的触觉反馈体验。因此，本研究不仅对粗糙度感知的理论研究具有重要意义，还对实际应用提供了有价值的参考。

本研究的结论强调了在理解粗糙度感知时，需要综合考虑多个因素，包括刺激的物理特性、感知方法、用户特征和环境因素。通过系统化的分类和分析，本研究为触觉体验的研究提供了一个新的视角，有助于推动相关技术的发展。此外，本研究还指出，未来的研究应更加注重跨学科的整合，结合心理学、神经科学和工程学等领域的知识，以进一步揭示触觉感知的机制，并为实际应用提供更有效的解决方案。

本研究的贡献不仅在于对粗糙度感知因素的系统归纳，还在于提出了一个适用于更广泛触觉体验研究的框架。这一框架能够帮助研究人员更好地理解触觉感知的复杂性，并为触觉技术的开发提供理论支持。通过这种方式，本研究不仅为学术界提供了新的研究方向，还为工业界提供了实际应用的参考。未来的研究可以基于这一框架，进一步探索触觉感知的其他方面，如触觉反馈的个性化设计、多模态感知的整合等，以提升用户的整体体验。

总之，触觉回馈在扩展现实中的应用潜力巨大，但其实施仍然面临诸多挑战。通过系统化的研究，本研究不仅揭示了影响粗糙度感知的关键因素，还为触觉体验的研究提供了一个新的框架。这一框架有助于研究人员更全面地理解触觉感知的机制，并为触觉技术的发展提供理论支持。未来的研究应继续深化对这些因素的理解，并探索其在不同领域的应用，以推动触觉体验技术的进一步发展。