基于圖像的多模式力觸覺表達與再現(xiàn)方法研究.pdf

1、力觸覺人機交互技術(shù)是虛擬現(xiàn)實中人機交互的重要組成部分，它通過模擬人類對真實物體的力觸覺感知過程，將虛擬環(huán)境的力觸覺信息真實地反饋給人，極大地提高了虛擬環(huán)境的交互性和臨場感程度。而圖形作為三維真實場景在二維照相機成像平面上的投影，保留了物體表面豐富的信息，因此圖像的力觸覺再現(xiàn)研究吸引了研究者們的廣泛關(guān)注。隨著虛擬現(xiàn)實技術(shù)在助盲、醫(yī)療、移動終端和特殊作業(yè)等領(lǐng)域的應(yīng)用，基于圖像的力觸覺再現(xiàn)技術(shù)迎來了新的機遇與挑戰(zhàn)。
　　本文圍繞基于圖像

2、的力觸覺表達與再現(xiàn)研究課題，從提高圖像力觸覺再現(xiàn)中圖像特征的提取質(zhì)量和力觸覺感知的真實性出發(fā)，進行了圖像多種觸覺特征的提取及力觸覺建模和圖像的多模式力觸覺表達與再現(xiàn)方法的研究。
　　本文首先從力觸覺再現(xiàn)設(shè)備、力觸覺建模及力觸覺表達方法等方面對國內(nèi)外基于圖像的力觸覺再現(xiàn)的研究現(xiàn)狀進行了分析。在此基礎(chǔ)上針對紋理力觸覺再現(xiàn)需求，提出了基于分數(shù)階微積分的圖像紋理力觸覺再現(xiàn)方法，采用分數(shù)階微積分組合算法提取紋理特征，并建立基于人的視覺生理心

3、理學特性的彩色圖像紋理力觸覺模型，通過力反饋設(shè)備將紋理的力觸覺信息反饋給人，從而實現(xiàn)圖像紋理的力觸覺再現(xiàn)。
　　針對基于振動觸覺表達圖像紋理的局限性，采用簡化的壓電陶瓷觸覺筆，進行了大量人的力觸覺感知實驗，對壓電陶瓷致動器的驅(qū)動電壓幅值、頻率、調(diào)制波等振動特性進行研究分析，從而建立更具真實感的紋理振動觸覺模型，實現(xiàn)了圖像紋理的振動觸覺表達與再現(xiàn)。
　　針對虛擬環(huán)境中物體的表面三維形狀及材質(zhì)（紋理）的力觸覺感知容易混淆的問題，

4、提出了圖像的多模式力觸覺再現(xiàn)方法，即提取圖像的多種觸覺特征并分別進行力觸覺渲染，然后通過不同的力觸覺表達方式進行圖像的力觸覺再現(xiàn)。本文通過多種圖像處理算法提取了圖像的三維幾何形狀、細節(jié)紋理及輪廓線三種特征，分別進行力渲染和振動觸覺渲染，并在力反饋設(shè)備基礎(chǔ)上設(shè)計了基于壓電陶瓷的振動觸覺再現(xiàn)集成裝置，用于表達圖像紋理及輪廓，通過人的力觸覺感知實驗證明圖像的多模式力觸覺再現(xiàn)方法能夠有效提高力觸覺感知的真實性。
　　為了增強移動終端的力觸