We present a method to simulate movement in interaction with computers, using Model Predictive Control (MPC). The method starts from understanding interaction from an Optimal Feedback Control (OFC) perspective. We assume that users aim to minimize an internalized cost function, subject to the constraints imposed by the human body and the interactive system. In contrast to previous linear approaches used in HCI, MPC can compute optimal controls for nonlinear systems. This allows us to use state-of-the-art biomechanical models and handle nonlinearities that occur in almost any interactive system. Instead of torque actuation, our model employs second-order muscles acting directly at the joints. We compare three different cost functions and evaluate the simulated trajectories against user movements in a Fitts' Law type pointing study with four different interaction techniques. Our results show that the combination of distance, control, and joint acceleration cost matches individual users' movements best, and predicts movements with an accuracy that is within the between-user variance. To aid HCI researchers and designers, we introduce CFAT, a novel method to identify maximum voluntary torques in joint-actuated models based on experimental data, and give practical advice on how to simulate human movement for different users, interaction techniques, and tasks.


翻译:我们用模型预测控制(MPC)来模拟与计算机互动的移动。该方法始于从最佳反馈控制(OFC)的角度来理解互动。我们假设用户的目标是尽量减少内部成本功能,但受人体和互动系统的限制。与HCI以往使用的线性方法相比,MPC可以计算非线性系统的最佳控制方法。这使我们能够使用最先进的生物机械模型,处理几乎任何互动系统中发生的非线性变化。我们的模式使用的是二阶肌肉,而不是扭动作用,而是直接在联合体中操作。我们比较了三种不同的成本功能,并用四种不同的互动技术评估模拟轨道,以对抗Fitts法律类型中的用户移动。我们的结果显示,距离、控制和联合加速成本的组合与用户的移动最佳匹配,并预测几乎在用户间差异范围内发生的非线性变化。为了帮助 HCI 研究人员和设计者,我们采用了一种新型的方法,用以在联合活动模型和不同模拟模型中,为不同用户提供最大自愿的实验性任务。

0
下载
关闭预览

相关内容

IFIP TC13 Conference on Human-Computer Interaction是人机交互领域的研究者和实践者展示其工作的重要平台。多年来,这些会议吸引了来自几个国家和文化的研究人员。官网链接:http://interact2019.org/
Linux导论,Introduction to Linux,96页ppt
专知会员服务
78+阅读 · 2020年7月26日
Keras François Chollet 《Deep Learning with Python 》, 386页pdf
专知会员服务
152+阅读 · 2019年10月12日
强化学习最新教程,17页pdf
专知会员服务
174+阅读 · 2019年10月11日
【哈佛大学商学院课程Fall 2019】机器学习可解释性
专知会员服务
103+阅读 · 2019年10月9日
【SIGGRAPH2019】TensorFlow 2.0深度学习计算机图形学应用
专知会员服务
39+阅读 · 2019年10月9日
IEEE ICKG 2022: Call for Papers
机器学习与推荐算法
3+阅读 · 2022年3月30日
ACM MM 2022 Call for Papers
CCF多媒体专委会
5+阅读 · 2022年3月29日
ACM TOMM Call for Papers
CCF多媒体专委会
2+阅读 · 2022年3月23日
AIART 2022 Call for Papers
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年2月13日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium6
中国图象图形学学会CSIG
2+阅读 · 2021年11月12日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium3
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月9日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium1
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月3日
【ICIG2021】Latest News & Announcements of the Industry Talk2
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年7月29日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
26+阅读 · 2019年5月22日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
42+阅读 · 2019年1月3日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
On Data Scaling in Masked Image Modeling
Arxiv
0+阅读 · 2022年6月9日
Arxiv
0+阅读 · 2022年6月9日
Arxiv
0+阅读 · 2022年6月8日
Arxiv
13+阅读 · 2021年5月3日
VIP会员
相关资讯
IEEE ICKG 2022: Call for Papers
机器学习与推荐算法
3+阅读 · 2022年3月30日
ACM MM 2022 Call for Papers
CCF多媒体专委会
5+阅读 · 2022年3月29日
ACM TOMM Call for Papers
CCF多媒体专委会
2+阅读 · 2022年3月23日
AIART 2022 Call for Papers
CCF多媒体专委会
1+阅读 · 2022年2月13日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium6
中国图象图形学学会CSIG
2+阅读 · 2021年11月12日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium3
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月9日
【ICIG2021】Check out the hot new trailer of ICIG2021 Symposium1
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年11月3日
【ICIG2021】Latest News & Announcements of the Industry Talk2
中国图象图形学学会CSIG
0+阅读 · 2021年7月29日
Hierarchically Structured Meta-learning
CreateAMind
26+阅读 · 2019年5月22日
Unsupervised Learning via Meta-Learning
CreateAMind
42+阅读 · 2019年1月3日
相关基金
国家自然科学基金
0+阅读 · 2014年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2013年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2012年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2011年12月31日
国家自然科学基金
0+阅读 · 2009年12月31日
Top
微信扫码咨询专知VIP会员