视觉对象纹理的静电力触觉再现方法研究

发布时间：2019-03-06 08:11

【摘要】：触觉再现技术涉及电子、计算机、生理学、心理学等多个学科,是当前虚拟现实与人机交互研究的热点和前沿,可广泛应用于远程医疗、游戏娱乐、教育教学和军事仿真等重要领域。用裸指触摸移动终端屏幕即可真实自然地感知被显示物体的形状和纹理,实现丰富逼真的触觉再现,是移动终端发展的趋势。静电力触觉再现技术基于裸指滑动和点击,不需要穿戴其它装置,具有高沉浸感和高交互性等优点,且易于与现有终端屏幕集成,是在移动终端上实现触觉再现功能的主要方式之一。视觉对象纹理特征提取与渲染算法是实现触觉再现的关键技术,也是进一步提高触觉再现真实感的保证。现有算法往往只通过激励信号的幅度变化表征图像的触觉特征,而实际物体具有形状、纹理和柔软性等复杂属性,如何充分利用激励信号的频率、波形等参量对触觉感受的影响建立多参量静电力渲染模型,还有待于深入研究。本文主要解决视觉对象纹理属性的触觉特征提取与静电力渲染问题,研究内容如下:(1)研究适用于高清图像的纹理触觉特征提取及渲染算法,设计掩模实时提取图像纹理触觉特征,分析图像分辨率与掩模尺寸对纹理特征提取效果的影响;设计图像纹理静电力触觉再现流程,并通过实验研究图像分辨率与掩模尺寸对图像纹理静电力触觉再现效果的影响。(2)实验研究静电力激励信号频率参量和波形参量对触觉感受的影响,建立基于幅度-频率参量和基于幅度-波形参量的图像纹理触觉再现渲染模型,并通过对比实验研究该渲染方法的触觉再现效果。(3)研究色彩与空间感的心理学效应,分析物体的触觉特性与视觉特性的相似性,将彩色图像色调、亮度和饱和度分量与激励信号幅度和频率参量相映射,建立彩色图像纹理触觉再现渲染模型,并通过触觉感知识别实验研究该渲染方法的触觉再现效果。本文的主要创新点包括:(1)提出了一种基于数字位图的图像纹理静电力触觉再现方法,利用图像相邻像素之间的灰度变化,无需重建图像三维几何信息,即可得到较好触觉再现效果。该方法基于局部图像提取纹理特征,减小了纹理特征提取过程中的计算量,适用于高清图像纹理的静电力触觉再现。(2)针对静电力触觉再现技术仅通过单一幅度参量渲染图像纹理信息,无法呈现纹理柔软性和细腻性等触觉特征的问题,提出了基于幅度、频率和波形参量的静电力触觉再现渲染方法,丰富了静电力触觉再现的触觉感受,提高了视觉对象纹理的触觉再现真实感。(3)根据色彩与空间感心理学效应提出彩色图像纹理静电力触觉再现方法,该方法在彩色空间对图像纹理触觉特征建模,避免了彩色图像在灰度变换过程中丢失纹理信息。该方法基于图像局部信息进行触觉渲染建模,有效减小了计算量,适用于高清图像纹理的静电力触觉再现。本文针对静电力触觉再现高精细度和实时性的特点,提出适用于高清图像的纹理特征提取与渲染方法,为静电力触觉再现技术的研究与应用提供参考。
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【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TP391.41

【参考文献】