面向移动终端的力触觉建模与再现方法研究

发布时间：2017-10-14 15:00

  本文关键词：面向移动终端的力触觉建模与再现方法研究

  更多相关文章： 力触觉再现 移动终端 压电致动器 纹理粗糙度 柔顺性 形变渲染

【摘要】：移动终端作为新兴的人机交互接口,越来越多地在人们的工作和生活中使用,但目前人机交互方式主要集中在视听觉,能提供的力触觉感受有限。将力触觉再现技术与移动终端产品有机结合,能让操作者触摸、感知和操纵虚拟物体,实现对虚拟环境的主动探索,进一步提高人机交互的质量,具有广阔的市场价值和应用前景。本文主要研究面向移动终端的纹理触觉和柔顺性建模与再现方法,借助实验室研制的笔式力触觉再现装置,在移动终端上实现纹理粗糙度和物体柔顺性的力触觉再现。主要内容包括三个部分：(1)笔式力触觉再现装置中压电致动器的振动特性测试分析。通过触觉感知实验研究压电致动器产生的振动特性,分析了振动刺激与纹理触觉特征的对应关系,为纹理粗糙度触觉表达建模提供实验依据；(2)纹理粗糙度振动触觉建模与表达方法研究。从纹理图像中提取出纹理客观特征,按照空间周期大小将纹理分为精细纹理和粗糙纹理,然后结合人手在触摸屏上的滑动速度,分别建立精细纹理和粗糙纹理的粗糙度感知模型,并通过调节压电致动器的振动模式、振动幅值和振动频率,产生振动触觉刺激,模拟接触纹理表面的粗糙感。(3)移动终端上的纹理粗糙度和柔顺性力触觉表达系统设计与实现。在基于Android平台的移动终端上搭建虚拟力触觉交互系统,系统借助OpenGL ES2.0渲染技术实现柔性物体的形变渲染,用力触觉交互笔中压电致动器的振动表达纹理粗糙度,用磁流变液执行器的力反馈表达柔性物体的柔顺性。本文的研究重点和创新在于：(1)研究了压电致动器的振动特性与纹理特征的对应关系；(2)提出了基于振动的纹理粗糙度再现模型和触觉表达方法；(3)在移动终端系统中同时实现纹理粗糙度和物体柔顺性的力触觉再现。
【关键词】：力触觉再现 移动终端 压电致动器 纹理粗糙度 柔顺性 形变渲染
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP311.52;TP11
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-9
• 第一章 绪论9-19
• 1.1 研究背景和意义9-11
• 1.1.1 力触觉再现技术概述9-10
• 1.1.2 移动终端上的人机交互技术10-11
• 1.2 面向移动终端的力触觉再现系统的国内外研究现状11-16
• 1.2.1 面向移动终端的力触觉再现装置的研究11-14
• 1.2.2 面向移动终端的力触觉建模和再现方法研究14-16
• 1.3 面向移动终端的力触觉建模和再现方法的研究难点16-17
• 1.4 主要研究内容和论文组织结构17-19
• 第二章 面向移动终端的笔式力触觉再现系统方案设计19-35
• 2.1 系统总体概述19-20
• 2.2 力触觉交互笔的振动触觉信息表达20-31
• 2.2.1 压电致动器产生振动的原理20-21
• 2.2.2 压电致动器的控制特性与性能测试21-23
• 2.2.3 压电致动器的驱动电压频率对振动强度影响的触觉感知实验23-24
• 2.2.4 压电致动器的驱动电压幅值对振动强度影响的触觉感知实验24-26
• 2.2.5 压电致动器的调制方式与人手主观感受之间关系的触觉感知实验26-28
• 2.2.6 压电致动器振动模式与人手主观感受之间关系的触觉感知实验28-31
• 2.3 柔顺性的力触觉表达方法31-33
• 2.4 本章小结33-35
• 第三章 面向移动终端的纹理粗糙度建模与再现方法研究35-55
• 3.1 面向移动终端的图像纹理粗糙度特征提取36-39
• 3.1.1 纹理微观高度的提取36-38
• 3.1.2 纹理周期的计算38
• 3.1.3 纹理高度的计算38-39
• 3.2 面向移动终端的纹理分类及其振动触觉再现方法39-42
• 3.2.1 精细纹理和粗糙纹理的分类39-40
• 3.2.2 纹理粗糙度的振动表达模型简介40-42
• 3.3 纹理粗糙度特征参数与振动调节关系模型42-46
• 3.3.1 精细纹理的粗糙度建模42-45
• 3.3.2 粗糙纹理的粗糙度建模45-46
• 3.4 面向移动终端的纹理粗糙度感知实验46-54
• 3.4.1 人手在触摸屏上感知纹理时的速度探究实验46-47
• 3.4.2 探索速度对纹理粗糙度感知影响的触觉感知实验47-51
• 3.4.3 面向移动终端的纹理粗糙度感知的对比实验51-54
• 3.5 本章小结54-55
• 第四章 基于Android平台的力触觉交互软件设计与实现55-75
• 4.1 基于力触觉交互笔的力触觉再现系统55-57
• 4.1.1 系统硬件环境55-56
• 4.1.2 系统软件环境56
• 4.1.3 系统软硬件间的蓝牙通信56-57
• 4.2 面向移动终端的柔性物体形变建模与力触觉表达57-65
• 4.2.1 虚拟探针和虚拟物体的建模57-60
• 4.2.2 面向移动终端的碰撞检测算法研究60-62
• 4.2.3 面向移动终端的柔性物体建模与形变算法研究62-64
• 4.2.4 柔性物体反馈力的计算与表达64-65
• 4.3 基于Android平台的三维场景渲染技术65-69
• 4.3.1 基于OpenGL ES 2.0的三维场景的搭建65-67
• 4.3.2 移动终端三维场景的坐标转换67-68
• 4.3.3 虚拟场景视触觉交互设计68-69
• 4.4 基于Android平台的三维力触觉交互软件实现69-73
• 4.4.1 软件界面设计69-70
• 4.4.2 软件系统力触觉交互实现70-71
• 4.4.3 柔性物体表面的力触觉交互设计71-72
• 4.4.4 人体内脏的力触觉交互设计72-73
• 4.5 本章小结73-75
• 第五章 总结与展望75-77
• 5.1 本文的工作总结75-76
• 5.2 未来工作的展望76-77
• 致谢77-78
• 参考文献78-85
• 作者在学期间的成果85

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本文编号：1031674