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系統識別號 U0002-1407202013422700
中文論文名稱 於沉浸式環境中創造溫度擴散之體驗
英文論文名稱 Creating Thermal Diffusion in Immersive Experience
校院名稱 淡江大學
系所名稱(中) 電機工程學系碩士班
系所名稱(英) Department of Electrical And Computer Engineering
學年度 108
學期 2
出版年 109
研究生中文姓名 廖敏智
研究生英文姓名 Min-Chih Liao
學號 607460028
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2020-07-03
論文頁數 88頁
口試委員 指導教授-周建興
委員-蘇木春
委員-江正雄
委員-李揚漢
中文關鍵字 觸覺回饋  溫度感覺  沉浸式體驗  多種觸覺感覺  觸覺擴散 
英文關鍵字 Haptic  thermal sensation  multiple tactile sensation  illusion tactile  immersive virtual reality 
學科別分類 學科別應用科學電機及電子
中文摘要 我們開發出一套於沉浸式環境中創造溫度擴散之體驗,透過兩種以上複合式觸覺回饋來創造出一種全新的觸覺回饋,讓使用者不用有實際上溫度變化卻有溫度變化之感受,再結合沉浸式虛擬實境之體驗增強使用者對於觸覺的感受,提供使用者更深刻的環境體驗。在本篇論文我們有針對溫度擴散可能形成的原因進行推論,並且透過四種不同的實驗來知道我們的裝置能提供使用者更完整與穩定的體驗與其限制。
英文摘要 Applying haptic feedback to virtual reality (VR) is a well-known technique to enhance the immersive experience. However,the area of tactile stimulation is limited by the hardware configuration.In this paper,we present Energy Bracer,an expanding thermal sensation wearable device which utilize thermal stimulation and electrical skin stimulation to create illusion tactile.By mutual interaction between thermal and electrical stimuli on forearm, the users can perceive thermal sensation with less thermal stimulator.Therefore,we can propagate thermal stimulus without contact with the thermal stimulator.
論文目次 中文摘要 I
英文摘要 II
目錄 III
圖目錄 VI
表目錄 VIII
第一章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 研究動機與目的 1
第二章 背景知識與相關研究 4
2.1 電相關研究 4
2.1.1 Impacto : Simulation Physical by Combining Tactile Stimulation with Electrical Muscle Stimulation 4
2.1.2 Providing Haptics to Walls & Heavy Objects in Virtual Reality by Means of Electrical Muscle Stimulation 5
2.2 電幻覺相關研究 6
2.2.1 特定神經能量定律 6
2.2.2 Digital Smell Interface 7
2.2.3 Vocktail: A Virtual Cocktail for Pairing Digital Taste, Smell, and Color Sensation 8
2.3 溫度相關研究 9
2.3.1 非接觸式 - AoEs 9
2.3.2 接觸式 – HapLink 11
2.4 感覺系統概念 12
2.4.1 感覺路徑(Sensory Pathways) 12
2.4.2 感覺接受體(Sensory Receptors) 13
2.4.3 靜止膜電位(Resting Membrane Potential) 14
2.4.4 漸進電位與動作電位 16
2.5 電刺激對人造成的影響 21
2.5.1 電生理反應與電刺激參數的相關性 23
2.5.1.1 電流類型 23
2.5.1.2 電極大小與位置 25
2.5.1.3 電刺激頻率 26
2.5.1.4 電流強度 27
第三章 於沉浸式環境中創造溫度擴散之體驗 28
3.1 溫度擴散 28
3.1.1 溫度擴散介紹 28
3.1.2 推論說明 29
3.1.3 溫度擴散與先前研究比較 30
3.2 硬體 34
3.2.1 硬體架構 34
3.2.2 溫度給予系統 35
3.2.3 電擊回饋系統 36
第四章 裝置測試 38
4.1 裝置是否提供更完整體驗 38
4.1.1 問卷結果 42
4.1.1.1 是否感受到溫度擴散與其溫度強度感受 43
4.1.1.2 電刺激是否會感到不適與干擾 47
4.1.1.3 溫度擴散作用範圍 49
4.1.2 結論 50
4.2 溫度擴散於手臂上各部位探討 51
4.2.1 問卷結果 53
4.2.1.1 冷擴散於各部位的結果 54
4.2.1.2 熱擴散於手臂上各部位的結果 57
4.2.2 結論 59
4.3 在VR環境中能否感受到溫度擴散 61
4.3.1 問卷結果 62
4.4 溫度擴散的限制 65
4.5 結論 66
第五章 應用 68
5.1 沉浸式虛擬環境之體驗 68
5.1.1 介紹 68
5.1.2 體驗流程 69
第六章 結論與未來展望 70
第七章 參考資料 71
附錄一 73
附錄二 80

圖目錄
圖 2.1 Impacto 使用情境[6] 4
圖 2.2 利用電刺激來模擬人拿箱子[4] 5
圖 2.3 Blix當時使用的裝置 6
圖 2.4透過電極鼻腔內受器達到氣味幻覺[6] 7
圖 2.5 Vocktail裝置介紹圖[7] 8
圖 2.6 AoEs裝置示意圖[8] 9
圖 2.7 HapLink穿戴式裝置圖[9] 11
圖 2.8感覺路徑示意圖 12
圖 2.9皮膚下的冷受器與熱受器[11] 13
圖 2.10神經細胞膜內外離子分布示意圖[10] 14
圖 2.11漸進電位電位圖[10] 17
圖 2.12漸進電位空間加成與時間加成示意圖 [10] 17
圖 2.13動作電位電位圖 19
圖 2.14各種電流強度時人體之反應[10] 21
圖 2.15電刺激如何造成電位轉移示意圖 22
圖 2.16常見直流電[10] 23
圖 2.17常見交流電[10] 24
圖 2.18常見脈波電流[10] 24
圖 2.19電極擺放位置與電流密度關係解釋圖[10] 26
圖 2.20電極擺放位置與電流密度之關係[10] 27
圖 3.1推論解釋步驟圖 29
圖 3.2調整電擊部位創造出不一樣的溫度擴散體驗 30
圖 3.3系統架構圖 34
圖 3.4溫度給予系統與致冷晶片 35
圖 3.5電擊回饋裝置與經皮神經刺激器 36
圖 4.1 兩電極貼片之間距離為0cm示意圖 40
圖 4.2 兩電極貼片之間距離為1.5cm示意圖 41
圖 4.3 兩電極貼片之間距離為2.5cm示意圖 41
圖 4.4受測者年齡分布圖 42
圖 4.5 手肘前方的正面前臂肌肉 52
圖 4.6手肘前方的背面前臂肌肉 52
圖 4.7手肘後方的正面肱三頭肌肉 52
圖 4.8手臂上方的前束肌肉 52
圖 4.9受測者年齡分布 53
圖 4.10手臂感覺神經區域圖[14] 60
圖 4.11受測者年齡分布 62
圖 4.12薄荷醇與辣椒素取代溫度給予裝置示意圖 65
圖 5.1遊戲畫面 68
圖 5.2體驗示意圖 69

表目錄
表 2.1神經細胞膜內外主要移動離子分布狀況[11] 15
表 2.2動作電位與漸進電位比較表 20
表 3.1經過我們調整後各電流參數 32
表 3.2溫度擴散先前研究與本論文優缺點比較 32
表 3.3裝置與接觸式、非接觸式比較 33
表 3.4 致冷晶片TES1-4902規格 36
表 3.5 經皮神經刺激器TNS SM2 MF詳細規格 37
表 4.1 冷擴散結果統計表 43
表 4.2冷擴散溫度強度結果統計表 44
表 4.3熱擴散結果統計表 45
表 4.4熱擴散溫度強度感受統計表 46
表 4.5電刺激感受統計表 48
表 4.6 溫度擴散作用範圍比較統計表 49
表 4.7冷擴散於各部位結果統計表 54
表 4.8冷擴散於各部位溫度強度統計表 56
表 4.9熱擴散於各部位結果統計表 57
表 4.10熱擴散於各部位溫度強度統計表 58
表 4.11冷擴散於沉浸式環境中各受測者正確錯誤統計表 63
表 4.12熱擴散於沉浸式環境中各受測者正確錯誤統計 64

參考文獻 [1]B. Banter, “Enabling Technology: Touch Screens and Touch Surfaces are Enriched by Haptic Force-Feedback,“ InformationDisplay, vol. 26, no. 3, 2010, pp. 26–30.
[2]Pedro Lopes , A. Ion, and P. Baudisch, “Impacto : Simulating Physical Impact by Combining Tactile Stimulation with Electrical Muscle Stimulation,” in Proc. User Interface Software & Technology (UIST 15), Charlotte, NC, Nov. 11-15, 2015, pp.11-19.
[3]Y.-S. Chen, P.-H. Han, J.-C. Hsiao, K.-C. Lee, C.-E. Hsieh, K.-Y. Lu, C.-H. Chou, Y.-P. Hung, “SoEs: Attachable Augmented Haptic on Gaming Controller for Immersive Interac-tion,” ACM UIST 2016, pp.
[4]Pedro Lopes, Sijing You, Lung-Pan Cheng, Sebastian Marwecki, and Patrick Baudisch. 2017. Providing Haptics to Walls & Heavy Objects in Virtual Reality by Means of Electrical Muscle Stimulation. In Proceedings of the 2017 CHI Conference on Human Factors in Computing Systems. ACM, 1471–1482.
[5]Blix, M. Experimentela bidrag till lo¨sning af frågan om hudnervernas specifika energi. Uppsala La¨kFo¨r. Fo¨rh. 18:87–102; 1882.
[6]Adrian David Cheok, Adrian David Cheok,”Digital Smell Interface,” Virtual Taste and Smell Technologies for Multisensory Internet and Virtual Reality.pp.93-117.
[7]N. Ranasinghe, T. N. T. Nguyen, Y. Liangkun, L.-Y. Lin, D. Tolley, and E. Y-. Do. 2017. Vocktail: A virtual cocktail for pairing digital taste, smell, and color sensations. In Proceedings of the 2017 ACM on Multimedia Conference(MM’17).ACM,NewYork,1139–1147.DOI:http://dx.doi.org/10.1145/3123266.3123440
[8]P. H. Han, C. E. Hsieh, Y. S. Chen, J. C. Hsiao, K. C. Lee, S. F. Ko, K.W. Chen, C. H. Chou & Y. P. Hung, “AoEs: enhancing teleportation experience in immersive environment with mid-air haptics,” ACM SIGGRAPH 2017 Emerging Technologies. ACM, no. 3, July 2017.
[9]Taha Moriyama, Nishi Ayaka, Takuto Nakamura,Vibol Yem,Hiroyuk Kajimoto, “Hap-link: wearable haptic device on the forearm that presents haptics sensations corresponding to the fingers,” SA '18 SIGGRAPH Asia 2018 Emerging Technologies Article No. 5,
[10]曹昭懿(2017)。物理因子治療學。華格那企業有限公司。
[11]http://www2.nau.edu/lrm22/lessons/human_senses/human_senses.html
[12]Jas Brooks, Steven Nagels, Pedro Lopes, “Trigeminal-based Temperature Illusions,” in CHI '20: Proceedings of the 2020 CHI Conference on Human Factors in Computing Systems, April 2020, pp.1-12.
[13]Ulf Norrsell, Stanley Finger, Clara Lajonchere, “Cutaneous sensory spots and the “law of specific nerve energies”: History and development of ideas” in Brain Res Bull Vol. 48 , 1999 Mar 15, No. 5, pp. 457–465.
[14]https://amarantoterapiaocupacional.com/2018/11/05/plexo-braquial-obstetrico-pbo/2000px-gray812and814-svg/
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