基于虚拟纹理触觉再现的学习和认知系统
随着虚拟现实技术的发展，触觉再现技术受到人们越来越多的关注。在现有的触觉再现方法中，基于摩擦力控制的触觉再现方法通过交互界面上侧向作用力场的变化来表达触觉信息，能够表现较为精细的虚拟触觉纹理，因而是极具潜力的触觉再现方法。实验证明空气压膜效应可以显著地降低平板接触表面上的摩擦力系数。本文以面向盲人和学龄儿童的图文阅读系统这一重要应用为背景，基于空气压膜效应这一原理，开展了基于摩擦力控制的触觉再现方法研究。 本文在分析国内外现有的各种触觉再现方法以及纹理触觉再现设备、总结各自优缺点的基础上，开展了虚拟纹理触觉再现方法的研究，并将其应用于实现一种学习和认知系统。该学习和认知系统由摄像头模块、触觉再现模块、压电陶瓷驱动模块、手指位置检测模块、系统总体控制模块和供电模块等部分组成。其中摄像头模块用于采集外界文字或图形信息；触觉再现模块作为操作者和系统之间的交互工具，用于信息的表达；压电陶瓷驱动模块用于提供压电陶瓷振动片所需的驱动信号；手指位置检测模块用于实时检测操作者手指位置，实现摩擦力系数场的控制；基于TIDM3730数字媒体处理器的系统总体控制模块作为系统的核心，负责控制各模块协调工作；供电模块为系统各个模块提供所需要的电源，确保系统能够正常工作。 最后，基于该学习和认知系统，本文进行了一系列关于人类手指触觉感知特性的实验，验证了基于摩擦力控制的触觉再现方法的有效性和实用性。这些实验由10位对象参加，包括人手指对摩擦力系数的感知阈值实验、不同纹理背景下人手指的感知阈值实验、简单几何图形和汉字进行的学习和认知实验等。实验结果表明，人手指在粗糙背景下能感知到的光滑纹理最小平均宽度阈值为1.11mm，而光滑背景下能感知到的粗糙纹理宽度平均最小阈值为1.26mm，两者相差达到13.5％。 本文研究的基于空气压膜效应的触觉再现系统，能够较好地应用于面向盲人的图文信息学习和认知，对于促进触觉再现技术的发展具有重要意义。
触觉再现技术;虚拟纹理;摩擦力控制;认知系统;空气压膜效应
南京航空航天大学
硕士
测试计量技术及仪器
陆熊
2013
中文
TP391.9
102
2013-07-31（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）