An Olfactory Display Design and Implemenation for Web,Images,Videos and Games.pdf

1、在用戶與計算機交互時，一些刺激物會刺激他/她的感官，進而觸發(fā)了他的視覺系統(tǒng)(HVS)和聽覺系統(tǒng)(HAS)，此外還會從計算機得到一些其他的觸覺感官，比如振動操作或者一些觸覺回饋。而反饋系統(tǒng)主要用于虛擬現(xiàn)實技術的應用和飛行仿真，限制用戶在與計算機交互時的體驗。在這樣的交互中，他/她可能會遇到“嗅覺對象”或者“嗅覺相關的事件”，并且在同時遇到嗅覺對象和嗅覺相關的事件表示為嗅覺狀態(tài)的情況下，此時用戶應該使用他/她的嗅覺系統(tǒng)(HOS)來刺激他/她

2、的嗅覺相關腦皮層以獲得更加身臨其境的體驗。
　　在我們的文章中，我們認為有氣味的對象，可以是顯示在屏幕上的蘋果或者是裝滿蘋果的籃子，打著香水、肥皂或洗發(fā)水廣告的在線商店，正在玩第一人稱射擊游戲并且在游戲中所有槍同時開火轟炸的用戶，我們可以通過所有的感官將氣味對象傳遞給用戶，同樣的我們提供一個由氣味激活的錄像，當播放時它顯示有吸引入的圣地以及燃燒著香火，或者視頻中的主要特征是有人抽著香煙并同時向相機吹著煙霧。在本文中有一些由嗅覺顯示

3、器實現(xiàn)的例子。
　　我們已經(jīng)建立了，基于液體氣味材料的三原型和熱活性固體氣味材料的一原型。然后，我們結合本文中提到的基于熱物質(zhì)的氣味噴出物的論述原型，實現(xiàn)了最終的設計。這一原則是綜合管理軟件的需要，它能夠控制所有的軟件方面及管理氣味元件的定時信號。在本文中，我們成功地實現(xiàn)了該軟件，該軟件必須確認在計算機中的氣味事件/對象，并對每一個氣味元件生成一個適當?shù)臅r間脈沖和風速。有時會產(chǎn)生一種與其他不同的混合氣味，或許在不同的時間和強度下有

4、相同的氣味，這都是由結合短氣味事件到長氣味事件產(chǎn)生的。此外，軟件必須根據(jù)所需的氣味，產(chǎn)生處理基于液體氣味的排出方法和固體氣味的傳遞機制。
　　本論文中，我們實現(xiàn)了一個氣味傳送技術，這一技術可用于傳送大量基于固體和液體的氣味，并將展示該技術的改進。由于一些共同存在的氣味，它們需要不同于其他固體氣味的物理位置，另外需要固體和液體基味混合噴出，同樣通過兩個因素增加氣味盒的容量，使其包含更多的類型的氣味，進而使嗅覺顯示器能夠產(chǎn)生礦砂氣味。

5、該系統(tǒng)運用了電學、電子學和機械學等學科，所以它是一個多式聯(lián)運系統(tǒng)，需要有電子學，軟件工程系統(tǒng)規(guī)劃，嵌入式系統(tǒng)，化學工程和其他領域的豐富經(jīng)驗。
　　最后，我們實現(xiàn)了一個通信協(xié)議，該協(xié)議提供與計算機通信的能力，其攔截顯示在屏幕上的場景和信息，并在現(xiàn)實世界重現(xiàn)它們，以達到與用戶嗅覺交互的目的。通過增加更多的氣味元件或者依據(jù)用戶的偏好取代某些氣味元件使系統(tǒng)可以擴展到具有任意數(shù)量的氣味?？梢杂么嗽O計來處理一些早期的實驗，并且克服一些技術上的

6、難題。該設計具有多個方面以及迭代的思想，并且已經(jīng)出現(xiàn)了改進的版本，我們將這些版本中好的特性納入該系統(tǒng)的原型版本中。
　　我們提出了基于液體氣味材料三原型和熱活性固體氣味材料的一原型，然后我們結合在本文中提到的基于熱物質(zhì)的氣味噴出物的論述原型實現(xiàn)了最終的設計。
　　在原型Ⅰ中，我們使用了陶瓷復合振動盤和霧化器，由于霧化器可以用于產(chǎn)生霧，所以在系統(tǒng)中我們用它作為一個氣味元件，它的功能雖然簡單，但非常有效。當電流通過磁噴嘴內(nèi)部時，

7、它使陶瓷板以超聲波的速度震動，這將依次分散氣味物質(zhì)的分子，這種機械運動造成氣味材料瞬間變成水蒸氣并成為煙霧從霧化器上上升。
　　原型Ⅱ，在這個原型中，我們使用了一個中心具有微尺寸孔的壓電薄膜，并且為了防止氣味物質(zhì)泄漏造成結果的不準確，在透明塑料盒前安裝了一個硅膠墊圈;塑料盒有兩個相對的孔，一個是用來安裝壓電薄膜使其排出氣味材料，另一個孔是用來把氣味材料填充到墨盒中，兩個硅膠密封蓋（上、下）的放置創(chuàng)造了一個圍住壓電薄膜的夾層，這個夾

8、層被螺絲固定在氣味盒之下并產(chǎn)生了一個氣密室，它能夠將防止氣味材料以任何形式（氣體或液體）泄漏到嗅覺顯示器中。
　　壓電薄膜被包圍在上下硅膠密封蓋內(nèi)，并在薄膜和硅膠之間留下一個小小的間隙，由于電源頻率引起薄膜的震動使氣味材料擠壓出微型孔，在反向信號撤回中將抑制氣味材料生成一個微小的能夠噴出氣味元素的氣體微滴，這將重復生成氣味材料的操作周期。
　　原型Ⅲ，對于該氣味元件的設計與實現(xiàn)，它具有幾個優(yōu)點，比如小巧，防溢，容易填充和可由

9、3D打印機打印。它包含一個用于液體氣味物質(zhì)的儲液器(約10cc)并且頂孔插有高脫脂棉芯和一個控制壓電微多孔膜的2mm邊緣。氣味元件的內(nèi)部基礎是適合收集所有的氣味材料到棉芯底部的的錐形，頂部包含一個用于將適當?shù)臍馕段镔|(zhì)填充到氣味元件的孔。所提出的設計代表了氣味元件的殼，框架或外罩，其他部件都放在這個殼上，如提供充足頻率以驅動超聲波壓電薄膜的電路板，以及使用上下硅膠墊圈使它固定在對的位置上，并同時提供密封和振動自由度的壓電薄膜自身。

10、　　氣味的元件容器是由PLA（聚乳酸）塑料通過3D打印技術制成的，為了嗅覺顯示器更高強度需求的應用，它可以重新設計成具有較大的容量或者較大的壓電薄膜，比如模擬霧顆粒，水濺落或者降雨，這些都需要在較短的時間內(nèi)將更多容量的水分散在空氣中，或者需要將嗅覺顯示器預放置在劇院或電影院的人群前。在拆掉帽和填充所需的氣味后，氣味盒可容易的通過上部的填充孔填充。
　　嗅覺顯示器已經(jīng)經(jīng)歷了幾個演變階段，在這些階段中，把顯示器作為一個整體的設備以及需

11、要直接從顯示器達到理想的預期目標。實際上，在本文中，進行著嗅覺顯示器自底向上的重新設計，創(chuàng)造一個獨立的模塊化的氣味元件，該氣味元件是由最新的和最先進的可擴散的微多孔壓電薄膜設計實現(xiàn)和制造的，并且具有最佳效果。在日后，可以構建一個更小巧的和精確的氣味元件，其在一個1到2平方厘米的在手機，或者任何移動設備的區(qū)域中利用更小尺寸的微多壓電薄膜配一個10×10的氣味擴散器，而且不影響已存在設備的設計。
　　風機通過脈沖寬度調(diào)制信號PWM控制

12、，該信號是通過微控制器并使用一個PNP晶體管放大產(chǎn)生的。風扇以2500轉每分鐘的轉速高速旋轉，并產(chǎn)生足夠到達用戶臉部的氣流。風扇的轉動迫使空氣從上端軸排出，這樣盒子內(nèi)部就會形成低壓，能夠使空氣從激光器中流出，并且捎帶煙微粒及冷卻發(fā)熱區(qū)域。風扇安裝在六角旋轉之上并且獨立旋轉，風扇的轉速依照所需要產(chǎn)生的氣味和操作的量而變化。這個外罩是個透明塑料，上有兩個孔，上端孔是氣味射點，下端空是進氣孔及激光投影開放，保持著設備內(nèi)部的空氣流動。
　

13、　已經(jīng)有很多用于嗅覺顯示器實現(xiàn)的嘗試，其中的一些嘗試是很專業(yè)的，并且已有公司成功的實現(xiàn)了嗅覺顯示器，其他的個別嘗試還沒有商品化，而對于最終用戶具有完全的可操作性和功能性。當然在這一過程中不斷地出現(xiàn)一些問題和挑戰(zhàn)，諸如除技術之外的電子和化學方面的挑戰(zhàn)，這些挑戰(zhàn)使得系統(tǒng)很難得以實現(xiàn)。
　　我們的系統(tǒng)在多數(shù)解決方案和問題之間做了折衷，并且系統(tǒng)盡可能由具有真才實能的用戶建立和實現(xiàn)，而且系統(tǒng)的目的就是實現(xiàn)一個氣味發(fā)生器，可以幫助用戶“聞”虛

14、擬顯示的內(nèi)容或著可操縱的對象，如具有一定的特性的圖像，視頻內(nèi)容，游戲和網(wǎng)頁內(nèi)容等，對于一些公司的標準應用，可以將其用作電子商務工具，用來聞一些如香水，肥皂，除臭劑及鮮花等具有氣味的商品?？捎糜诰W(wǎng)絡購買前，或者用于虛擬現(xiàn)實，游戲，擴增實境，娛樂，醫(yī)療衛(wèi)生和科學應用中。
　　該系統(tǒng)連接到操作系統(tǒng)當前活躍的部件事件，以及在游戲和圖像中鼠標運動的攔截事件，然后越過顯示的對象并獲取其特性，然后分析對象并在外設上產(chǎn)生相應的氣味，當然這一功能由

15、用戶選擇激活/停用，所以用戶可以決定電腦可否產(chǎn)生氣味。
　　每次用戶從槍中發(fā)射出一圓狀物，信號就會被發(fā)送到嗅覺顯示器，該信號包含描述事件和時間的一幀數(shù)據(jù)，即該事件應隨著事件強度而持續(xù)。系統(tǒng)確定每次活動持續(xù)強度的量，并傳送給嗅覺顯示器。某些情況下，第一人稱射擊游戲的玩家走向一個具有氣味屬性的對象，導致軟件發(fā)送持續(xù)增強的嗅覺顯示數(shù)據(jù)幀，這些數(shù)據(jù)淹沒在微控制器指令中，進而導致渲染響應顯示滯后，這樣的話，是不可接受的。另外，一個重復射擊事

16、件或著玩家使用有速射武器（如機槍）造成嗅覺顯示接收大量數(shù)據(jù)幀，進而使其淹沒在微控制器中并大幅降低微控制器的響應。因此該軟件對于不同的事件具有不同的優(yōu)先次序，這樣能夠消除重復數(shù)據(jù)，并優(yōu)化利用以及抑制六邊形旋轉五次驅動程序。
　　該通信協(xié)議基于可變的數(shù)據(jù)突發(fā)傳輸?shù)腢SB通信鏈路，前2位標識功能類型，其中，00表示基于液體的氣味，而01為基于固體的氣味，10和11保留后用。它用于原始的通信問題，該問題不涉及嗅覺顯示器。第二個字節(jié)表示參與

17、氣味事件中的氣味事件n的數(shù)量。而第三個字節(jié)標示第一個事件所涉及的氣味元件數(shù)，雙字節(jié)第四字節(jié)作為強度水平，標示每次有多少氣味交付給用戶，調(diào)用或激活哪些特定的氣味元件，第五字節(jié)標示與氣味相關的主風機轉速，接下來的三字節(jié)倍數(shù)是與當前氣味事件相聯(lián)系的第n個氣味元件。最后一個字節(jié)保存輔助通風機轉速。最后，除了電子專業(yè)知識以外，嗅覺顯示器的很多方面已經(jīng)涉及了許多領域的研究和制造技術，因此它仍然是一個開放的研究領域，仍需要更多領域的努力來達到社會團體