【摘要】：觸覺交互可以實現(xiàn)其他感官通道無法實現(xiàn)的雙向信息與能量交互,提高了人機交互的真實感、沉浸感,具有非常重要的研究價值�；诼闶纸换サ亩嗝襟w終端觸覺再現(xiàn)技術因為更加符合人機交互的自然性而受到廣泛關注,其中單一觸覺再現(xiàn)技術受反饋力維度及大小的限制,導致其觸覺反饋效果并不理想,因此,如何融合多種觸覺再現(xiàn)技術并提高觸覺再現(xiàn)質(zhì)量是非常重要的科學問題。本文研究融合靜電力與振動的多媒體終端觸覺再現(xiàn)技術,通過同時改變手指所受的切向力及法向力,增加反饋力維度與大小,進而提高觸覺再現(xiàn)質(zhì)量,為基于平面交互的三維觸覺再現(xiàn)技術的研究與發(fā)展提供參考。本文的主要工作內(nèi)容及創(chuàng)新如下:(1)分析融合靜電力與振動的觸覺再現(xiàn)技術原理,從融合裝置及融合算法角度論證這兩種技術融合的可行性,并建立融合技術的力學模型,確定“靜電力改變切向力、振動改變法向力”的技術路線,解決融合技術的理論問題,為裝置研發(fā)及應用設計奠定理論基礎。(2)設計融合靜電力與振動的觸覺再現(xiàn)裝置硬件結(jié)構(gòu)方案,并根據(jù)其工作流程詳細分析融合裝置各功能模塊的功能需求、工作原理、設計思路及元器件選型。依據(jù)裝置功能需求,設計下位機驅(qū)動程序框架、上位機交互界面及通信接口協(xié)議并編寫相應的功能代碼,實現(xiàn)對融合裝置的驅(qū)動。進而開發(fā)出融合靜電力與振動的觸覺再現(xiàn)裝置,解決了融合技術的硬件裝置問題,為融合技術的進一步研究提供硬件支撐。(3)測試融合靜電力與振動的觸覺再現(xiàn)裝置的反饋力性能、驅(qū)動信號誤差及系統(tǒng)延時,研究融合裝置驅(qū)動信號參數(shù)特性,確定驅(qū)動信號與反饋力的關系及人體的觸覺驅(qū)動信號閾值,為后續(xù)應用設計提供參考數(shù)據(jù)。提出基于圖形圖像的渲染算法,從手指受力的角度對所渲染虛擬物體進行還原,實驗證明融合裝置及融合算法提升了觸覺渲染效果。研究觸覺反饋對放大交互手勢的影響,得出觸覺反饋可提高放大操作效率及精度的結(jié)論,且基于觸覺反饋的放大操作符合Fitts'Law定律。通過對融合裝置的性能測試及應用研究,驗證了融合裝置的有效性,為該融合技術在多媒體終端上的應用提供指導。本文從基礎理論、硬件裝置、軟件驅(qū)動、算法及應用等方面對融合靜電力與振動的觸覺再現(xiàn)技術進行研究,為基于平面交互的三維觸覺再現(xiàn)方式提供一定的指導作用。
【圖文】：

（a）紐約大學超聲觸覺裝置 （b）布里斯托大學超聲觸覺裝置圖 1.1 超聲觸覺再現(xiàn)裝置意大利馬爾凱理工大學 Peruzzini 等人[11]利用電極陣列開發(fā)出基于直接電刺激的觸覺再現(xiàn)裝置，交互界面由 32×8 的電極陣列組成，如圖 1.2 所示。通過改變驅(qū)動信號參數(shù)來呈現(xiàn)不同的粗糙度及紋理信息，但由于電信號直接作用于皮膚上，容易引起刺痛感。日本名古屋大學 Kim 等人[12]開發(fā)出一種動態(tài)成型的插針式觸覺再現(xiàn)裝置，如圖 1.3 所示。該裝置包含 48*32 個插針，，可呈現(xiàn)圖片和文字等信息的觸覺反饋，但裝置分辨率不高，且結(jié)構(gòu)非常復雜。

（a）紐約大學超聲觸覺裝置 （b）布里斯托大學超聲觸覺裝置圖 1.1 超聲觸覺再現(xiàn)裝置意大利馬爾凱理工大學 Peruzzini 等人[11]利用電極陣列開發(fā)出基于直接電刺激的觸覺再現(xiàn)裝置，交互界面由 32×8 的電極陣列組成，如圖 1.2 所示。通過改變驅(qū)動信號參數(shù)來呈現(xiàn)不同的粗糙度及紋理信息，但由于電信號直接作用于皮膚上，容易引起刺痛感。日本名古屋大學 Kim 等人[12]開發(fā)出一種動態(tài)成型的插針式觸覺再現(xiàn)裝置，如圖 1.3 所示。該裝置包含 48*32 個插針，可呈現(xiàn)圖片和文字等信息的觸覺反饋，但裝置分辨率不高，且結(jié)構(gòu)非常復雜。
【學位授予單位】：吉林大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TP11;R318

【參考文獻】

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本文編號：2704300