生物信号集成与混合现实技术在异步协作中的应用：心电反馈对协同临场感的增强机制

研究人员针对异步协作中情感状态传递缺失的问题，开发了集成生物信号（心电）的混合现实（MR）系统，通过三种可视化界面（HRP/HRO/HRS）验证生物信号共享对协同临场感的提升效果。结果表明，心电数据显著增强用户共情体验（IOS量表提升27.6%），为远程协作系统设计提供新范式。

　　

在数字化协作日益普及的今天，异步协作（asynchronous collaboration）中的情感断层问题逐渐凸显。传统方法依赖文字注释或操作回放，却难以传递工作者的生理状态——比如紧张时的心跳加速或专注时的平稳呼吸。这种"信息半盲"状态容易导致后续协作者误判任务难度或同伴状态，正如团队协作中"读不懂空气"的尴尬场景。西北工业大学（Northwestern Polytechnical University）的Bokai Zheng团队在《Displays》发表的研究，通过混合现实（MR）技术架起了这道情感桥梁。

研究团队开发了集成光电容积图（PPG）传感器的智能穿戴系统，结合微软HoloLens头显，实现了操作轨迹与心电（HR）数据的同步采集。关键技术包括：1）多模态数据时空对齐算法；2）基于Unity引擎的三种生物信号可视化方案（指针动态变色HRP、物体脉动HRO、声效反馈HRS）；3）采用24人被试组的交叉实验设计，通过系统可用性量表（SUS）和共情指数（IOS）进行量化评估。

【研究结果】
系统验证：原型系统实现了操作指令与心电数据（采样率60Hz）的毫秒级同步，延迟控制在<200ms，满足实时交互需求。

用户研究：

• 协同临场感：HRS模式（声效反馈）使IOS量表得分提升至4.82/7，显著高于纯视觉模式（p<0.05）
• 任务认知：82%参与者通过心电波动准确识别出前序工作者在电路焊接等高危操作时的紧张状态
• 系统负荷：HRP模式引起33%用户的视觉分心，而HRO模式获得最佳用户体验平衡

【讨论与意义】
该研究首次证实生物信号可视化能突破异步协作的"时间壁垒"，使相隔24小时的工作者产生近似实时的情感共鸣。特别在医疗培训等高风险场景中，导师的心电波动可视化可帮助学员预判操作难点。研究同时揭示界面设计需遵循"认知-情感平衡"原则——过度拟真化（如HRO模式）可能干扰主任务认知。这些发现为元宇宙时代的远程协作系统提供了量化设计指南，后续研究可拓展至肌电（EMG）等多生理维度融合。