基于 EEG 脑波带间相对功率差异的运动探索与概念生成设计任务中的精神劳动估计
人机交互
2025-08-15 v1 统计方法学
摘要
概念设计是一项认知上复杂的任务，尤其是在涉及组件之间相对运动的产品工程设计中。设计师倾向于使用草图作为概念设计的工具，并通过手势和注释来表示此类相对运动。文献表明，草图中对运动的静态表现在实际应用时可能无法实现预期功能，因为这主要取决于设计师对运动模拟的心理能力。因此，理解设计师在探索关节产品概念时所表现出的认知现象至关重要。当前工作旨在通过对任务进行分类并使用 EEG 测量这些任务中所涉及的精神劳动来理解设计神经认知。分析旨在验证用于支持涉及运动探索的概念设计的设计干预工具。本文引入一种新颖的 EEG 基于指标——脑波带间相对功率差异（inter-Band Relative Power Difference, inter-BRPD），用于量化精神劳动。进行了一次设计实验，包含 32 名参与者，他们需执行一个控制任务和 2 个焦点任务，分别对应运动探索任务（MET）和概念生成任务（CGT）。在记录 3 项任务中的 EEG 数据后，对其进行清洗、处理和分析，使用 Python 中的 MNE 库。结果表明，inter-BRPD 以通常使用的参数数值的一半即可捕捉到精神劳动的本质。还对 inter-BRPD 指标的可靠性和有效性进行了统计学验证。凭借这些新见解，本研究为创建概念设计及其评估支持开辖了新的可能性。
关键词
引用
@article{arxiv.2508.10353,
title = {Mental Effort Estimation in Motion Exploration and Concept Generation Design Tasks using Inter-Band Relative Power Difference of EEG},
author = {G. Kalyan Ramana and Sumit Yempalle and Prasad S. Onkar},
journal= {arXiv preprint arXiv:2508.10353},
year = {2025}
}