基于触觉感知机制的力触觉再现真实感评估方法研究

Realism is the goal for haptic rendering. The preliminary problem is how to evaluate the performance of hatic interface with full-scale metrics. The present assessment methodology have various shortcomings such as insufficient index, complicated procedure and ambiguous evaluating results.The main problems which attribute to these results are lacking the observation to haptic perception characteristic，as well as the interaction with object. The aim of this research is to establish a universial and systematic assessment method，which simulate the process of haptic perception and assessment,considering the achievement on human haptic perception meachiasm. It intends to acquire the transmit information in haptic interaction，build the equivalent filter models of haptic perception，and analysis the distance between real and virtual perception space with Multi-scale Analysis Method.It intends to establish a standard process and consistent evaluation standard for various haptic interfaces. It will realize the comprehensive and objective assessment to haptic interaction and give important evidence for the improvement of haptic interface.

真实感是力触觉再现研究的目标。准确评估再现系统的真实感和有效性是研究中首先要考虑的基本问题。但目前的虚拟力触觉再现评估存在评价过程复杂、指标单一、评价结果一致性差等问题。其原因是大多数力触觉真实感评价方法仅把物理输入或主观感觉输出作为评价指标，较少关注力触觉交互中人的感知特性及其对感知过程的影响。针对上述问题，本课题拟研究并建立能模拟人的力触觉感知和评价过程、充分考虑力触觉感知特性的力触觉真实感客观评价方法。研制能全面观测力触觉交互过程双向传递信息的信息采集系统，建立模拟人的力触觉感知特性的滤波器模型，对真实与虚拟感知空间进行综合比较，从而实现不同类型力触觉交互系统的测试规程和测度的统一。该真实感评价体系的建立实现了评价过程的标准化和自动化。不仅使得不同力触觉系统之间的性能比较成为可能，也为提高力触觉交互系统有效性提供重要依据。

力触觉再现是虚拟现实和临场感要操作研究的重要组成部分，目前已经有大量的相关装置和系统涌现。然而对力触觉再现真实感的客观评价体系和方法研究让相对而言较为滞后，还没有统一和完备的评价方法出现。以往的力触觉再现真实感的评价主要采取主观评价的方法，即让大量受试者通过感知实验评价打分的方式，对真实感效果进行描述性统计，耗时且普适性差。本研究提了一套完整的基于人的触觉感知和评价特性的客观评价方法。该方法从人与虚拟力触觉再现交互过程中采集力触觉图像，将图像中提取与感知评价相关的特征参数，再讲参数带入到实现建立好的，基于人主观感知评价实验确定的客观评价模型中，代替人的感知评价实验，计算输出力触觉再现真实感的评价结果。该方法的创新点在1）提出了力触觉图像的概念和并研制了相应的力触觉图像采集实验平台；2）提出了基于感知特性和机器学习的力触觉客观评价模型；3）完成了大量力触觉感知与主观评价的心理物理学实验，为模型建立提供了一手实验数据。本研究撰写论文13篇，发表EI/SCI等收录论文9篇。专利申请/授权8项。培养硕士/博士研究生10人。本研究对未来虚拟现实中的力触觉再现系统的效度评价和真实感提高提供了重要参考。