觸覺反饋技術在虛擬代理交互設計中的應用

鄭心怡　金澤慧　王玫

摘要：為提升虛擬代理在提供服務過程中的交互體驗，文章分析了將觸覺反饋技術應用于虛擬代理交互設計中的意義和影響機制，并通過搭建振動觸覺反饋裝置進行用戶測試，驗證了觸覺反饋對用戶信任體驗和社會臨場感知的正向影響關系。同時，排除了振動觸覺反饋信號本身引起的用戶情緒效價及喚醒度的影響和過程解釋，說明了社會臨場感的中介作用，補充了虛擬代理觸覺社會線索設計的理論依據，也為虛擬代理的交互體驗設計提供參考。

關鍵詞：觸覺交互；振動觸覺；社會臨場感；虛擬代理；用戶信任

中圖分類號：TP391.9文獻標志碼：A0引言觸覺是人類主動感知和與外部世界交流最直接的感官渠道，能夠促進與他人的情感溝通和人際信任［1］。通過觸覺反饋技術能夠將人與人之間的溝通模式遷移到人機互動中，呈現人機觸摸的效果，跨越距離形成虛擬的“中介社交觸摸”。如今，人機交互技術的進步使購物網站中的虛擬代理具備了交互性和類人化特征的社會性線索，在一定程度上彌補了用戶在網絡購物中真實感的缺乏，提升了網絡購物體驗。然而，作為社會性線索的重要維度，針對虛擬代理觸覺反饋的交互體驗仍缺乏相關的理論和實踐研究。因此，本文以購物網站虛擬代理為研究對象，探討觸覺反饋對用戶信任體驗的影響作用和機制，分析觸覺反饋技術在虛擬代理交互設計中的應用意義。

1文獻回顧與研究假設1.1觸覺反饋技術與用戶情感體驗觸覺在人感知外部世界并做出回應的過程中起到關鍵性作用，良好的觸覺體驗能夠提升用戶愉悅度和滿意度，并影響其相應的行為反應。Guguen等［2］描述了“Midas觸摸”，認為偶然發生的人際觸摸也可以改善人們對服務的態度，加強人與人之間的聯系，甚至增加對請求的接受度。

觸覺反饋技術通過對皮膚施加力、振動或運動來呈現觸覺信息，能夠將皮膚接觸產生的社會情感效應轉移到計算機介導的互動當中，觸發用戶相應的情感體驗，遠距離產生虛擬的“中介社交觸摸”感受［3］。Haans等［3］在中介社交觸摸的場景下復刻了“Midas觸摸”效應，通過振動觸覺反饋模擬人際觸摸效果，感受到觸覺反饋的被試也表現出了更加愿意接受請求和給出回報的反應。

1.2觸覺反饋技術在虛擬代理交互體驗中的作用機制媒體等同理論提出，人們會無意識地將媒體技術視為社會臨場，即感受到與對話伙伴共同生活在同一個世界并將其視為“真實的人”的心理狀態，并觸發用戶在真實的人際交流中所表現出的情感、認知或行為反應［4］ 。因此，當購物網站中的虛擬代理呈現出類人化的社會性線索時，用戶可能會相應地做出人際交流中相似的社會性反應，感知到社會臨場感，并進一步影響其購物體驗和后續行為［5］。王宇飛等［6］對社區電商平臺的體驗設計研究表明，社會臨場感能夠觸發用戶在惠顧過程中的信任體驗、功利體驗和享樂體驗，Lu等［7］的研究也表明，社會臨場感是用戶信任及在線購買意圖的重要影響因素，用戶的社會臨場感及信任體驗感知也逐漸成為當前虛擬代理人機交互設計的重點考量內容。

觸覺在社會性線索中至關重要，而觸覺反饋技術則實現了跨越距離代表他人觸摸的中介社交觸摸，通過觸覺通道更多地調動起用戶感性因素，從而激發后續購物態度和行為。Hadi等［8］研究發現，伴隨消息通知的振動觸覺反饋，即在并沒有明確描述為來自另一個人的觸摸的偶然觸覺刺激可以影響用戶對互動的態度以及相應的下游行為，同時證明了這種正向的影響是通過增加用戶的社會臨場感感知產生的。因此，基于觸覺反饋技術的觸覺社會線索如何誘發用戶的社會性知覺，引發用戶社會臨場感，并進一步影響用戶在與虛擬代理互動中的信任體驗，是本研究重點關注的內容。

2實驗一振動觸覺反饋是在中介社交觸摸研究中使用的觸覺反饋標準形式［9］，因此本研究選用振動觸覺反饋進行實驗。為研究觸覺反饋線索應用于虛擬代理交互設計中的作用機制，通過實驗分析不同振動信號對用戶情緒變化的影響，并篩選出引起用戶不同情緒變化的振動信號，用于正式實現模擬用戶與虛擬代理互動的場景，以探討用戶情緒感受的過程解釋作用。

2.1實驗裝置搭建的振動裝置及操作方式如圖1所示，使用Arduino UNO開發板來控制振動馬達模塊，并通過PC端的用戶圖形界面（GUI）調節Arduino UNO發送給振動馬達模塊的PWM（脈沖寬度調制）波，控制輸出的平均電壓，從而產生不同強度的振動信號，程序代碼使用Matlab軟件進行編寫和執行。

同時，為模擬用戶在日常生活中使用手機的情景，將振動馬達模塊固定于與手機大小一致的塑料外殼中。在實驗時，被試手持振動裝置，不接觸振動執行馬達，通過點擊PC端控制界面中的按鈕來產生振動刺激。

2.2實驗設計基于產生振動的最小電壓值及感知差異閾值，實驗采用PWM波值分別為0.5，0.6，0.7，0.8，0.9，1的6種不同強度的振動信號，在每次測試中，每個信號隨機出現，并在整個測試中重復出現3次。

實驗采用自我情感評定量表（Self-Assessment Manikin，SAM），從愉悅度和喚醒度兩方面對不同振動信號所引發的情感體驗進行評分，評分選用9點量表，愉悅度 1 分代表令人非常不悅，9 分代表令人感到非常愉悅；喚醒度 1 分代表令人感到非常平靜、 放松，9分代表令人覺醒和眼前一亮。

2.3實驗程序實驗共招募到17名被試，其中有10名男性，7名女性，年齡在20—30歲（M=25，SD=2.40），沒有被試報告有已知的感覺運動障礙。

開始前，由實驗主試簡單介紹實驗內容，并向被試解釋效價和喚醒度相關的概念，隨后被試可自由練習，以熟悉實驗GUI界面和振動模擬裝置的操作方式。實驗開始后，被試操作GUI中的按鍵觸發振動刺激，在感受到振動刺激信號后填寫自我情感評定量表，對其進行效價和喚醒度評分，允許重復點擊感受同一個振動信號。此外，在實驗中被試全程佩戴耳機，播放沒有節奏的白噪聲，以排除振動產生的聲音和其他可能影響振動刺激感知的環境聲音影響。

2.4數據分析與實驗結果采用IBM SPSS 26軟件對不同振動強度下自我情感評定量表評分進行單因素方差分析，如圖2所示，結果發現，不同振動強度對用戶情緒效價無顯著影響（P＜0.05），對情緒喚醒度有顯著影響（P＞0.05）。PWM波值為1時，效價得分最低，PWM波值為0.7時，效價得分最高，且PWM波值為0.7時，在喚醒度上與PWM波值為1時有顯著差異（P＜0.05），當PWM波值為0.8時，效價及喚醒度評分均近似為PWM波值為0.7和1時的中間值。因此，選擇PWM波值分別為0.7，0.8和1的振動刺激作為后續實驗中使用的振動信號，并分別代表高、中、低水平的情緒效價及低、中、高水平的情緒喚醒度。

3實驗二為研究觸覺反饋技術對虛擬代理社會存在感和信任體驗的影響作用與機制，模擬用戶與虛擬代理的交互過程，測試在加入觸覺反饋后被試社會存在感感知與信任體驗的感知水平，并結合“實驗一”篩選出的引起用戶不同情緒水平的振動信號，探討觸覺反饋技術對用戶信任體驗的影響過程。

3.1實驗材料為模擬網絡購物智能售前營銷服務場景，實驗任務設定為被試準備在網絡購物平臺中購買一款耳機，為了解耳機及相關服務的信息與虛擬代理進行互動。PC端GUI設計為與虛擬代理的對話界面如圖3所示，交互行為仿照現有電商平臺與虛擬銷售代理的互動模式，由被試點擊對話框中預設的問題按鈕查看相應的回復，對話語料則參考目前電商平臺中耳機相關商家的服務助手預設問題，同時考慮用戶在購買商品時關注的信息，設置6個可選問題，被試點擊問題按鈕后出現相應的回復。

“實驗二”采用與“實驗一”相同的振動裝置，實驗組設置為沒有振動反饋的控制組及根據“實驗一”結果所選的PWM波值分別為0.7（效價高、喚醒度低），0.8（效價中、喚醒度中），1（效價低、喚醒度高）的3種振動觸覺反饋，振動刺激在用戶點擊問題按鈕后與問題回復界面同時呈現。

3.2實驗程序正式實驗之前，邀請了5名被試對實驗界面進行測試，檢驗振動刺激感知、對話語料和實驗任務的設定是否能夠接近實際應用場景，避免無關變量的影響。

實驗共邀請了43名被試參加，年齡大多在22—30歲（M=25.116，SD=2.27），包括19名女性和24名男性。實驗時，由主試對實驗任務和操作方式進行介紹，隨后被試可通過PC端的GUI與虛擬銷售代理進行互動，振動觸覺刺激伴隨被試點擊預設問題后的回復內容同時呈現。

實驗為4種不同振動反饋的組內實驗，被試需與虛擬銷售代理進行4輪互動，在每組互動中，隨機出現任意一種振動反饋，且被試需單獨填寫調查問卷，在所有實驗任務結束后，對被試進行開放式訪談。各實驗組的測試順序隨機排布，避免由于學習時間和場景重復影響被試主觀評價，同時被試在實驗中全程佩戴播放白噪聲的耳機。

3.3數據測量社會臨場感及信任體驗測量采用Toader等［10］通過信效度檢驗的7級李克特量表（見表1）。由于題干選自外文文獻，處理時先由英文翻譯成中文，再由翻譯好的中文譯回英文，以檢驗是否保持原意。

3.4數據分析3.4.1振動觸覺反饋對社會臨場感及信任體驗影響作用分析對被試社會臨場感感知、信任體驗水平進行單因素方差分析，檢驗均具有方差齊性（P＞0.05），可進行下一步分析。結果表明，振動觸覺反饋對被試社會臨場感感知、信任體驗水平均有顯著影響（P＜0.05），如表2所示；加入振動觸覺反饋的3個實驗組的被試社會臨場感和信任體驗評分顯著高于控制組，如圖4所示；且3個實驗組之間無顯著差異，僅存在微小波動。

結合訪談內容，被試表示在沒有振動的控制組下互動內容像機械的自動回復，因此缺少“人際接觸”的體驗感。這表明伴隨信息的振動觸覺反饋對被試社會臨場感感知及信任體驗有顯著正向影響作用，且不受振動信號本身所引起被試情緒感受的影響。

3.4.2振動觸覺反饋對社會臨場感及信任體驗影響關系分析為研究振動觸覺反饋對用戶社會臨場感及信任體驗的影響關系，采用線性回歸分析，模型系數及摘要如表3—4所示。模型1以振動觸覺反饋為預測變量，社會臨場感感知為因變量，結果表明振動觸覺反饋對被試社會臨場感感知有顯著影響（P＜0.05），模型擬合度良好。以振動觸覺反饋類型、社會臨場感感知為預測變量，信任體驗為因變量，采用多元線性回歸分析，模型2結果表明，與控制組相比較，振動觸覺反饋對信任體驗影響顯著。與模型2相比，模型3在加入社會臨場感后，社會臨場感對信任體驗有顯著正向影響關系，振動觸覺反饋對信任體驗無顯著影響，擬合優度為0.485，模型擬合度良好，即所建立的振動觸覺反饋與社會臨場感對信任體驗影響的模型在統計學上具有顯著意義（P＜0.05）。

此外，對社會臨場感進行中介效應分析，如表5所示。以控制組為參照時，加入振動觸覺反饋的3個實驗組的95% Bootstrap 置信區間均不包含“0”，表明中介效應顯著。且在加入中介變量社會臨場感后，3個實驗組對信任體驗直接效應的95% Bootstrap 置信區間均包含“0”，說明其直接效應不再顯著。

線性回歸分析及社會臨場感中介效應分析表明，振動觸覺反饋能夠顯著提升用戶社會臨場感感知，且社會臨場感在振動觸覺反饋與用戶信任體驗之間起到中介作用，信任體驗主要通過振動觸覺反饋所引起的社會臨場感感知影響和預測。同時，3種引起用戶不同情緒感受的振動均有同樣的影響路徑，因此，排除了振動反饋強度、用戶情緒效價和情緒喚醒度的影響和過程解釋，說明了社會臨場感為振動觸覺反饋對用戶信任體驗的主要影響機制。

4結語隨著虛擬代理的廣泛應用，研究在時空分離的網絡購物場景下如何增加與用戶之間互動的社會臨場感與信任體驗尤為重要，文中通過實驗驗證了基于觸覺反饋技術的中介社交觸摸線索能夠有效提高用戶對虛擬代理社會臨場感感知與信任體驗水平，并且排除情緒效價和喚醒度的過程解釋，證實了社會臨場感在觸覺反饋線索及用戶信任體驗之間的中介作用，解釋了觸覺反饋對用戶信任體驗的影響路徑，補充了虛擬代理交互體驗設計中的社會性線索，也說明了觸覺反饋技術在虛擬代理交互設計中的應用意義。

此外，在與被試進行訪談時發現，有些被試認為較強的振動能夠更好地吸引注意力，使其更加關注消息的內容，而有些被試認為更強烈的振動會引起不適感，并且太多頻次的振動會使被試產生煩躁情緒，尤其在較為安靜的環境下會對被試造成打擾。因此，在設計虛擬代理的中介社交觸摸線索時，如何設計適當強烈程度以及出現頻次的觸覺刺激，仍需在之后的研究中更加細致地考量。

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（編輯 沈強）

Application of haptic feedback technology in virtual agent interaction designZheng? Xinyi Jin? Zehui Wang? Mei

（1.School of Mechanical Engineering， Sichuan University， Chengdu 610065， China;

2.Department of Psychology， Sun Yat-sen University， Guangzhou 510275， China）Abstract：? Objective To improve the interaction experience of virtual agents in the process of providing services， analyze the significance and impact mechanism of applying haptic feedback technology to the interaction design of virtual agents. By building a vibrotactile feedback experimental device for user testing， the positive relationship of haptic feedback on user trust experience and perception of social presence was verified. At the same time， the influence and process explanation of emotional validity and arousal degree caused by the vibrotactile feedback signal itself were excluded， confirming the mediating role of social presence. The study complements the theoretical basis for the design of haptic social cues for virtual agents and provides a reference for the design of interactive experiences for virtual agents.

Key words： haptic interaction; vibrotactile; social presence; virtual agent; user trust