基于人的触觉感知特性的纹理触觉再现技术研究

"真实感"一直是虚拟现实技术研究不懈追求的目标。作为虚拟力触觉再现技术研究的研究重点之一，纹理触觉再现技术同样面临着提高仿真真实感问题。纹理力触觉再现的首要问题是纹理力建模。现有的纹理触觉建模侧重于研究如何计算并产生与真实接触等量的物理刺激，较少考虑人的触觉感知特性，对触觉再现的真实感也缺乏定量的评估，对触觉模型的改进也缺少明确的目标导向。而实际上，力触觉作为人的主观感受，其真实感很大程度上依赖于人的触觉感知系统对外界刺激的加工处理。本课题提出首先基于人的主观感受确定纹理力信号的特征参数，建立纹理力表达模型；再以量化的虚拟纹理触觉真实感指标为依据，研究从图像纹理中提取符合人感知特性的纹理力特征参数方法；最后基于力反馈装置实现纹理力触觉表达，验证方法的可行性。该方法以人的主观真实感作为目标，探索在不增加计算复杂度和硬件成本基础上，建立随时空变化的纹理力计算方法，实现具有真实感的纹理触觉表达。

本项目主要工作实验是研究人的力触觉感知特性，以感知真实性为目标，研究考虑人的因素的纹理力触觉再现算法及实现。具体完成了以下四方面的工作：首先，进行人的纹理力触觉感知特性实验研究，分析人在借助笔式力触觉再现装置在虚拟物体表面探索时，虚拟纹理控制参数的变化对人主观纹理感受的影响，从实际实验测量和数据分析中找出了影响人纹理感知的重要客观因素。其次，自行设计并研制了无线手持式表面纹理信息检测装置，实现了纹理表面的接触力与振动信号的实时同步测量，为与虚拟纹理力建模分析提供实际测量依据。第三 利用所研制的纹理信息检测传感器，针对真实纹理样本进行了纹理表面特性测量与纹理物理特征提取；最后，根据主观感知实验结论以及实际测量所测得的物理参数，建立了基于人感知特性的纹理力表达模型及实现方法，并通过实验验证方法的有效性。.三年内相关成果在国内外核心期刊及会议上发表论文9篇，其中SCI收录4篇，EI收录9篇。申请发明专利8项，授权3项。培养硕士研究生3人，总体研究较好的完成了原定的技术路线，达到了预期的任务要求。