【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于信号处理、虚拟现实与人机交互领域，尤其涉及一种基于被试间大脑空间信息的触觉虚拟环境体验质量评测方法。
技术介绍
1、触觉反馈技术在提高虚拟现实中用户体验的真实感和丰富性方面具有很大的潜力。触觉虚拟环境的体验质量是一个不断发展的研究课题，体验质量已被学者们公认为评价多媒体应用用户体验的首要指标。与成熟的视听觉技术相比，测量触觉反馈对虚拟环境体验影响的技术尚不成熟，尤其是客观的体验质量测量方法。
2、在与触觉虚拟环境交互过程中，用户关注的是多维感官信息整合的整体感受。体验质量是用户和触觉虚拟环境间交互质量的总体度量，可以通过多种方式进行度量。国际电信联盟将体验质量定义为最终用户对应用程序或服务的总体主观可接受程度。根据其定义，学者们对不同的测量参数进行了分类，以满足实际的评估需求。总的来说评价方法可以归纳为心理测量法和生理测量法。
3、心理测量法是体验质量评价的主流方法，是一种以用户为中心的主观评价方法，主要以问卷为测量手段。问卷通过设置有效问题项，收集用户的主观感受信息，引导用户进行反馈的一种手段。量表是问卷中常用的一种量化感知的方法，准确反映了用户的心理状态。问卷和量表的设计既要满足实际需要，又要考虑人的感知和认知因素。心理测量依赖于被测者的独立判断和表达能力，往往需要大量的样本才能获得稳定的结果。生理测量用客观的生物学参数反映用户的状态。在众多生物手段中，脑电信号是一种被验证过的无创头皮电压变化测量方法。但在触觉虚拟环境中，脑电信号是否能作为有效测量手段去完成体验质量的客观评测还有待研究。
4、目前在虚拟环境中的用户体验评测仍然高度依赖于主观测量，但主观测量受到人际关系，语言表达能力，判断能力等因素影响。若建立基于脑电信号的生理测量和主观评测的映射模型，就能实现以客观生物参数为依据完成触觉虚拟环境的体验质量评测，这将有助于虚拟环境体验的主客观评价体系的进一步完善发展。
5、现有技术中至少存在如下问题：
6、大脑是一个复杂的网络，根据不同的功能可以分为不同的区域。但是每个区域之间并不相互独立，这就导致使用全脑区域的数据不能聚焦于目标信息，使用局部区域很难准确抓取到全部有效信息的难题。脑电信号属于弱电信号，数据采集中很容易受到环境因素的干扰，有时候很难判断某些信号是否来源于未知的干扰。因此如何根据实验需求设计合理的实验范式，诱发目标脑电信号的同时降低干扰是触觉虚拟环境体验质量客观评测的关键。此外，在不同应用环境下，脑电信号处理方法并不通用。在有限的样本下，如何提取可用于表征体验质量的特征并进行分类器选择也是有待解决的难题。
技术实现思路
1、本专利技术提供一种基于被试间大脑空间信息的触觉虚拟环境体验质量评测方法，设计了适用于触觉虚拟环境下的实验范式，使用脑机接口的共空间模式算法，结合个体差异的影响，建立了体验质量的主观评分和大脑空间信息的映射关系，实现了对触觉虚拟环境由以心理感受为依据的主观评测到以生理信号为依据的客观评测的转换。
2、共空间模式是脑机接口中的常用方法，通过构造协方差矩阵实现空间信息的提取，在运动想象的研究中表现出极强的鲁棒性。在触觉虚拟环境下，用户的交互一般具有连续性，基于共空间模式的方法适用于这种场景条件。为实现基于脑电信号的生理测量数据和体验质量主观认知结果的相互解释，提出了基于被试间大脑空间信息的触觉虚拟环境体验质量评测方法。该方法设计了合理的实验范式，在计算大脑空间信息时，考虑了个体差异的影响，使用多频段的方式得到了和体验质量相关的特征，从而实现了评测模型性能的提升。
3、本专利技术采取的技术方案是，包括下列步骤：
4、步骤一、触觉虚拟环境下的实验范式设计；
5、步骤二、脑电信号的采集和预处理；
6、步骤三、被试间大脑空间信息提取；
7、步骤四、使用分类器进行分类评测。
8、本专利技术所述步骤一中触觉虚拟环境包括以下任意之一项或多项：
9、具有振动触觉反馈功能的虚拟现实环境，振动触觉反馈的部位包括手部、腿部和躯干部位。
10、本专利技术所述步骤一中触觉虚拟环境下的实验范式设计具体包括以下步骤：
11、为评测触觉反馈对整个虚拟环境体验质量的影响，在场景设计上只保留必要场景要素，简化视听觉效果，保证基本用户体验需求的同时减少额外的视听觉干扰信息输入；
12、进行和被试相关的准备工作，包括：被试对环境和任务的熟悉度训练，告知注意事项，舒适姿态的调整；
13、根据场景设计特定的交互方式，保证脑电信号中包含可用目标信息，包括瞬时交互方式和非瞬时交互方式，在瞬时交互方式下，只关注用户和触觉虚拟环境交互行为发生瞬间的脑电信号变化；在非瞬时交互方式下，关注用户和触觉虚拟环境交互一段时间内的脑电信号变化。
14、本专利技术所述步骤二中脑电信号的采集和预处理具体包括：
15、采用国际10-20系统安置脑电帽电极，电极位置分布于和触觉相关的大脑皮层区域，加上参考电极共使用了18个电极：fp1、fp2、f3、f4、f5、f6、f7、f8、cz、c3、c4、cp3、cp4、po3、poz、po4、tp9和tp10，采样率为1000hz；
16、预处理中去除眼电等干扰，之后分割出包含目标信息的时间段。
17、本专利技术所述步骤三中被试间大脑空间信息提取具体包括以下步骤：
18、将预处理后的脑电信号进行滤波，保留4到40hz频率段；
19、将4到40hz频率段分为4～8hz、6～10hz、8～12hz、10～14hz、12～16hz、14～18hz、16～20hz、18～22hz、20～24hz、22～26hz、24～28hz、26～30hz、28～32hz、30～34hz、32～36hz、34～38hz和36～40hz共17个子频率段。
20、计算各个子频率段数据的被试间大脑空间信息；
21、对所有的被试间大脑空间信息进行特征选择。
22、本专利技术所述计算各个子频率段数据的被试间大脑空间信息具体包括以下步骤：
23、将用户在触觉虚拟环境的体验质量分为积极和消极两种类别，计算两类脑电信号的协方差矩阵cc,c∈{1,2}，使用空间滤波器w构造目标函数：
24、
25、其中是加入被试间信息的正则化协方差矩阵，c表示类别，β为正则化约束参数；n为数据总数，nc为属于类别c的数量，被试i属于被试集合ω，通过调节优化约束参数，降低个体差异因素影响；
26、使用拉格朗日乘子法求解目标函数，最后转化为标准的特征值求取，从而得到滤波器w；
27、使用滤波器w对脑电信号进行滤波，得到被试间大脑空间信息。
28、本专利技术所述步骤四中使用分类器进行分类评测具体包括以下步骤：
29、将大脑空间信息数据分为测试集和训练集；
30、使用训练集训练分类器；...
【技术保护点】
1.一种基于被试间大脑空间信息的触觉虚拟环境体验质量评测方法，其特征在于：包括下列步骤：
2.根据权利要求1所述的基于被试间大脑空间信息的触觉虚拟环境体验质量评测方法，其特征在于，所述步骤一中触觉虚拟环境包括以下任意之一项或多项：
3.根据权利要求1所述的基于被试间大脑空间信息的触觉虚拟环境体验质量评测方法，其特征在于，所述步骤一中触觉虚拟环境下的实验范式设计具体包括以下步骤：
4.根据权利要求1所述的基于被试间大脑空间信息的触觉虚拟环境体验质量评测方法，其特征在于，所述步骤二中脑电信号的采集和预处理具体包括：
5.根据权利要求1所述的基于被试间大脑空间信息的触觉虚拟环境体验质量评测方法，其特征在于，所述步骤三中被试间大脑空间信息提取具体包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的基于被试间大脑空间信息的触觉虚拟环境体验质量评测方法，其特征在于，所述计算各个子频率段数据的被试间大脑空间信息具体包括以下步骤：
7.根据权利要求1所述的基于被试间大脑空间信息的触觉虚拟环境体验质量评测方法，其特征在于，所述步骤四中使用
8.根据权利要求1所述的步骤四中使用分类器进行分类评测，其特征在于，所述分类器包括以下任意之一项或多项：
...【技术特征摘要】
1.一种基于被试间大脑空间信息的触觉虚拟环境体验质量评测方法，其特征在于：包括下列步骤：
2.根据权利要求1所述的基于被试间大脑空间信息的触觉虚拟环境体验质量评测方法，其特征在于，所述步骤一中触觉虚拟环境包括以下任意之一项或多项：
3.根据权利要求1所述的基于被试间大脑空间信息的触觉虚拟环境体验质量评测方法，其特征在于，所述步骤一中触觉虚拟环境下的实验范式设计具体包括以下步骤：
4.根据权利要求1所述的基于被试间大脑空间信息的触觉虚拟环境体验质量评测方法，其特征在于，所述步骤二中脑电信号的采集和预处理具体包括：
5.根据...
【专利技术属性】
技术研发人员：孙晓颖，张岩，李旭，刘佳林，费洪，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：
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