基于感知特性的力触觉融合表达方法研究

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力触觉表达是通过特定的硬件装置,在与虚拟环境交互时,产生作用于用户的物理刺激,从而模拟真实物体粗糙度、软硬度等表面触觉属性。以往的力触觉表达方法主要研究如何控制装置产生与触摸真实物体时相同的物理刺激,这种模拟是对真实环境刺激的“复现”,保持虚拟刺激与真实刺激客观数据的一致,但人脑会对触觉感受器接收到的客观力触觉刺激信号进行认知加工,且在触觉交互过程中不同的交互形式也会影响触觉感受的形成,理想的力触觉表达方法应该达到主观感觉上的一致。因此,有必要对客观刺激所产生的力触觉感觉的认知规律进行研究,寻求能达到主观感觉一致的人工力触觉刺激的有效形式,从而实现基于感觉一致性的力触觉表达。本文研究了一种基于感知特性的力触觉融合表达方法。主要思路是以主观感知模型所反映的触觉感知规律为基础,筛选与主观感知相关度最高的力触觉特征,从而建立力触觉特征与装置控制参数之间的控制映射模型,采用力与振动结合的反馈形式,融合表达真实物体硬度、粗糙度、粘滞度等多个维度的触觉感受。为实现上述目的,本文重点从以下三方面开展工作。(1)在研究力触觉刺激与主观触觉感知之间的关系前,首先要对触觉感知空间进行量化研究。在力触觉感觉的定量描述方面,对之前采用的非度量多维尺度分析方法进行了改进,通过在度量空间坐标拟合算法中增加惩罚因子,从而将感知实验数据的不确定性问题变为概率统计问题,提高了感知空间度量的准确性。(2)根据之前建立的从客观到主观的力触觉感知模型,确定了与人主观触觉感知最相关的客观特征参数,并将感知模型转化为用力/振动刺激融合表达的力触觉控制模型。(3)设计实现了力与振动刺激融合的力触觉表达系统,并对不同样本进行了力触觉表达。通过两类心理物理学实验,将本方法与其他表达方法所产生的触觉感受进行比较,再将本方法与真实样本交互所产生力触觉感觉进行比较,证明了方法的有效性。
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