《Multimodal Technologies and Interaction》：Haptic and Thermal Rendering of Astronomical Data: A Multimodal Approach to Inclusive Science Communication
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天文学中的通用可及性需要从以视觉为中心的传播向多感官数据交互的范式转变。由于天文学传播本质上依赖于高分辨率图像和视觉隐喻，这给盲人和低视力（BLV）群体造成了显著的可及性障碍。为解决这一问题，多模态编码通过将信息重新分配到替代感官通道，提供了一种可行且有意义的
天文学中的通用可及性需要从以视觉为中心的传播向多感官数据交互的范式转变。由于天文学传播本质上依赖于高分辨率图像和视觉隐喻，这给盲人和低视力（BLV）群体造成了显著的可及性障碍。为解决这一问题，多模态编码通过将信息重新分配到替代感官通道，提供了一种可行且有意义的解决方案，确保视觉缺失不会阻碍对空间数据的理解。本文探讨了一种低成本多模态工具的开发与评估，该工具旨在通过触觉和听觉刺激来表示复杂的天文学概念——特别是恒星视星等和颜色。与传统方法不同，研究人员的方法侧重于触觉-认知联系，使用户能够通过物理浮雕模型“感受”数据。研究人员展示了一项结构化影响研究，涉及一组异质的盲人、低视力者和明眼参与者。方法学采用混合方法，包括一次有20人参与的工作坊，以及一个核心小组（n=6）的盲人和低视力参与者的详细可用性评估。该初步阶段的初步结果表明，多模态整合有效降低了复杂空间数据理解中的感知心理努力。定量和定性反馈表明，触觉-听觉感官替代不仅提高了可及性，还增强了所有用户群体的参与度和信息保留。这些发现凸显了多模态模型在将公共科学环境（如博物馆和天文台）转变为包容性、互动性空间方面的潜力。
**论文解读：触觉-热觉多模态模型在天文数据包容性传播中的应用**
**研究背景与问题**
天文学传播传统上依赖高分辨率图像和视觉隐喻，这为盲人和低视力（BLV）群体设置了显著的可及性障碍。尽管已有触觉模型（如3D打印星座）和听觉化工具（如sonoUno软件），但现有方法多局限于单一感官通道，未能同时传递恒星视星等（亮度）和表面温度（颜色）等关键天文参数。皮肤中的热感受器（thermoreceptors）和机械感受器（mechanoreceptors）可分别感知温度与压力，但此前研究未系统整合这两种通道。本研究旨在开发一种低成本、便携式触觉-热觉多模态模型，通过物理浮雕和温度差异表征恒星数据，并评估其对BLV用户的认知与情感影响。论文发表在《Multimodal Technologies and Interaction》。
**主要技术方法**
研究人员采用用户中心设计，首先基于天蝎座（Scorpius）设计原型，选取视星等1.6至3.6的恒星，按亮度分为3级（对应LED帽直径10、8、5 mm），按光谱类型分为3组（蓝、黄、红，对应温度45°C、35°C、27°C）。热执行器采用T5微灯（12V/12W），通过LM317稳压器调节温度。灯帽由ABS材料3D打印，尺寸为8、10、12 mm。听觉化工具包括sonoUno软件、LightSound设备和Orchestar原型，将亮度和颜色转换为声音频率。样本队列来自阿根廷Tecnópolis等展览及2025年工作坊，包含20名参与者（其中核心组6名BLV用户，5名全盲、1名低视力），所有核心组参与者均熟悉盲文触觉识别，但无天文模型训练经历。
**研究结果**
**3.1 视觉与仅触觉浮雕模型**
通过对比热成型纸、微胶囊纸和3D打印模型，发现3D打印的半球形星点最易被盲人感知，且盲文文本需“柔软”触感以避免“攻击性”评价。LED星球仪（Planetarium for the Blind）通过不同大小LED表示星等，并引入颜色表示温度，但缺乏热觉反馈。
**3.2 便携式星座**
开发了带LED的便携式星座模型（如天蝎座、猎户座），允许用户通过视觉颜色和触觉大小感知星等与温度，但盲人仍无法直接体验温度变化。
**3.3 视觉与触觉-浮雕-热觉模型实现**
基于皮肤分层的传感器（Meissner小体、Pacini小体、Merkel细胞、Ruffini小体）设计多模态界面：热电元件刺激温度感受器编码光谱数据；电机运动通过轻触和振动触发Meissner和Pacini小体；折叠图案提供形状和纹理线索；用户移动通过皮肤拉伸促进动觉感知。该界面同时传递静态压力（机械能）和热流（温度差）。
**3.4 热模型：设计与构造**
选择天蝎座原型，采用T5白炽灯作为热执行器，通过LM317调节电压实现三个温度范围：27°C（模拟红星，M型）、35°C（模拟黄星，G型）、45°C（模拟蓝星，O/B型）。灯帽设计为8、10、12 mm直径，15 mm高，使用ABS材料耐热200°C以上。最终模型尺寸为盒状，支持双手扫描。
**3.5 用户界面**
最终热触觉界面同时整合触觉形状和触觉热信息，模拟明眼人通过视觉感知亮度和颜色的体验，将星等和光谱类型映射到皮肤的多重感受器。
**4.1 新用户测试：多模态方法中的热界面**
采用混合方法，20名参与者按视觉状态（全盲、低视力、明眼）和触觉资源经验分组。核心组6名BLV参与者完成完整可用性评估，通过自由探索和引导识别任务，记录响应并采用反思性主题分析。发现100%参与者认为刺激互补，67%能检测延展结构（如星云），33%建议增加嗅觉维度。
**4.2 原型技术限制**
主要挑战包括：热范围（中间温度差可识别）、响应时间（几秒稳定）、空间分辨率（间距舒适）。展览经验表明用户可感知微小温差。
**5. 目标用户群体初步定性研究**
2025年开展多模态工作坊（每周3小时，持续2个月），整合触觉浮雕、触觉热觉和听觉。通过开放式问题评估认知负荷和诊断准确性。定量指标显示：100%满足刺激区分，100%认为刺激互补，100%改变对天文学的看法，67%能检测延展结构，0%感到疲劳。情感维度上，参与者表示“感觉自己被科学包容”，并主动传播知识。
**结论与讨论**
本研究验证了触觉-热觉多模态模型在降低认知负荷、增强参与度和信息保留方面的有效性。所有参与者均强调模型简单易用，听觉化未增加心理努力。情感上，BLV用户从“天文学是禁区”转变为“科学可以触及”。讨论部分指出，未来需扩展至复杂天体（如星系、星云），训练空间认知技能，并整合现代移动工具（如Seeing AI）。最终结论：多模态模型能将博物馆、天文台等公共科学环境转化为包容性互动空间，其可扩展性为后续研究提供基础。
