振动触觉纹理再现技术研究综述

发布时间：2021-11-01 21:05

　　纹理力触觉再现是通过特定的硬件装置模拟产生与物体纹理表面接触时的触感,使用户能感受到物体的粗糙度、软硬度等纹理特征信息。振动刺激作为再现物体触觉信息的一种刺激方式,在纹理触觉再现中被广泛运用,产生了不同的振动触觉表达装置和纹理触觉表达方法。从纹理触觉认知的角度,阐述了人对振动刺激的触觉感知生理学基础;介绍了纹理触觉再现的原理和方法;从振动与纹理特征的映射方法以及振动刺激方式两个方面分析了目前振动触觉纹理再现技术的发展现状;最后对相关研究的发展进行了总结展望。 

【文章来源】：测控技术. 2020,39(05)

【文章页数】：8 页

【部分图文】：

纹理触觉再现流程图

这种方法常常将图像灰度进行分级，映射到不同强度的振动刺激，从而表达高度、粗糙度等纹理信息，即图像灰度值越大，振动强度就越大。利用图像灰度值进行振动强度控制的方法能极大减少数据的生成和计算时间。早在1997年，东京都立科学技术大学的Ikei等[18]就曾尝试将灰度图像的强度直接映射到触觉强度上，以此建立振动与纹理的映射，结果证明这种方式在纹理再现方面具有可行性。但在这种情况下，图像的亮度强度需要大致匹配纹理突出物的高度。2009年，韩国电子通信研究院研制了Ubi-Pen[19]。Ubi-Pen是一种笔状触觉交互设备，包含一个触觉显示器和一个振动模块，实物如图2所示。物体的纹理信息可以用不同的光栅方向、凹槽宽度以及不同形状显示在触觉显示器上。当用户触摸图像时，光标被划分为9个子单元格，系统计算每个单元格的平均灰度值，然后将该值转换为触觉显示器每个针上的振动刺激强度。用户把食指放置在探针阵列上，并以恒定的速度摩擦屏幕表面，即可感受到变化的振动触感。通过触觉反馈，用户能辨别出狭窄的缝隙，分辨出物体的纹理和形状。2010年，东南大学的李佳璐利用SFS算法从图像灰度信息中恢复表面三维轮廓，并通过PHAN-TOM Omini手控器实时反馈给用户[20]，发现这种方法在恢复纹理表面微观轮廓方面有较好的效果，能够提高用户触觉感知的真实感。该方法灰度特征较为单一、易于提取、操作简单，同时基于纹理图像灰度值建立振动强度映射获得的触觉反馈比较稳定，因此该方法是振动触觉纹理再现技术中最为常用的方法之一。(2)提取物体的高度信息建立纹理与振动的映射关系。

力触觉交互指套结构示意图

【参考文献】：
期刊论文
[1]基于电致振动效应的大面积多模态触觉再现系统[J]. 孙浩浩,陆熊,陈晓丽,钱煌,黄晓梅.  机械制造与自动化. 2019(01)
[2]触觉再现技术研究进展[J]. 赵璐,刘越,祃卓荦.  计算机辅助设计与图形学学报. 2018(11)
[3]纹理力触觉建模与表达技术研究综述[J]. 吴淼,欧阳强强,邵知宇,吴涓.  测控技术. 2018(03)
[4]振动在人体触觉反馈领域的研究进展[J]. 洪跃镇,周抗寒,隋建锋,季林红.  航天医学与医学工程. 2015(04)
[5]触觉传感:从触觉意象到虚拟触觉[J]. 王妍,吴斯一.  哈尔滨工业大学学报(社会科学版). 2011(05)
[6]基于SFS技术的纹理力触觉再现方法研究[J]. 李佳璐,宋爱国,吴涓,张小瑞.  仪器仪表学报. 2010(04)
[7]触觉显示技术及其发展趋势[J]. 帅立国,姜昌金,周芝庭,王雪梅.  工业仪表与自动化装置. 2006(06)

硕士论文
[1]基于指套式装置的形状与纹理触觉再现方法研究[D]. 杨怀宁.东南大学 2018
[2]面向移动终端的力触觉建模与再现方法研究[D]. 邓鹏.东南大学 2016
[3]面向移动终端的指套式力触觉交互系统设计[D]. 王路.东南大学 2015



本文编号：3470770