[发明专利]触觉系统中的三维感知

说明书

可以从具有已知相对位置和取向的换能器阵列产生声场。在该声场中，可以定义一个或多个控制点。可以将幅度分配给控制点。可以通过在包括多个曲线段的单个闭合曲线中移动控制点来针对人手(110)上的虚拟对象(120)生成半空触觉效果。单个闭合曲线横穿人手与虚拟对象相交的至少一个位置。另外，用户可以使用用户的手与虚拟三维内容交互，同时跟踪系统监视用户的手，物理引擎更新虚拟三维内容的特性，并且触觉反馈系统向用户提供触觉信息。

相关申请

本申请要求以下四个美国临时专利申请的权益，所有所述申请通过引用整体而被并入：

1)于2016年8月3日提交的序列号62/370,522；

2)于2016年8月4日提交的序列号62/370,786；

3)于2016年8月4日提交的序列号62/370,865；以及

4)于2016年9月21日提交的序列号62/397,419。

技术领域

本公开总体上涉及用于在基于触觉的系统中感知模拟三维对象和生成三维声音的改进技术。

背景技术

声音能量的连续分布(被称为“声场”)可以被用于包括半空(midair)中的触觉反馈的一系列应用。可以从具有已知相对位置和取向的换能器阵列产生这样的声场。在该声场中，可以定义一个或多个控制点。这样的控制点可以具有相对于换能器阵列的已知空间关系。

这些控制点可以被分配幅度，且然后利用信号对其进行幅度调制，并且因此在半空中产生振动-触觉反馈。产生反馈的替代方法是创建在幅度上未被调制的控制点，并在空间上四处移动它们以创建可以被感觉到的“空间-时间”调制。

这些控制点实际上是超声波能量的集中，并且四处移动它们生成空气中的扰动。通过空间调制由超声波焦点创建的这些扰动，简单地前后移动它们，当焦点推动其周围的空气或其他材料时，可以通过声辐射力原理生成低频率声音。

此外，当在不缓慢增加或减小幅度的情况下快速创建或破坏这样的焦点时，创建非常突然的扰动。这创建爆裂声(pop)或咔嗒声(click)，其通常是不想要的副作用。移动控制点可被用于实现类似于改变幅度的效果，但没有导致爆裂声和咔嗒声的压力上的急剧变化。这意味着移动控制点比改变其幅度更为可取。由于声音的速度通常快于控制点运动，这使得任何所生成的压力不平衡能够消散，因此可以在不创建有强力空气扰动的情况下快速地移动控制点。

当考虑人手和虚拟对象之间的相交(intersection)时，在许多情况下，每个手指和手掌感觉到整体形状的非常小的部分，其用于对整体的理解。因此，当手感觉到形状相交的一小部分时，必须创建整个形状相交以便不创建和破坏必要的控制点。如果控制点被创建和破坏以至于它们仅提供相交的一小部分，这将创建不想要的噪声。描述形状的更经济的方法因此将节省功率和时间，并且然后将使得设备所耗费的功率中的更多能够用于在手触摸的地方创建触觉反馈。

由于跨模态和其他感知效应，通过半空触觉来感应触觉感觉在传达对象的存在、几何形状和表面特性时仍出乎意料地有效。从根本上说，尽管许多研究集中在通过单独触摸进行探索，但这些系统的有效使用主要是通过跨多种感官形态提供体验的系统来使用和驱动的。针对这个原因，在实践中存在简单但概念上复杂的效果，其只能通过实现这些基本原理来实现。

此外，对于半空触觉设备，理论上可以在半空中重新创建虚拟对象以供用户触摸。但由于半空反馈的性质，存在一些基本的物理限制。这是因为躯体感觉系统的某些部分(例如用于温度感测的温度感受器)不能被设备直接操纵。但是找到一种用于将来自设备的输出-其必然具有半空触觉特有的优点和缺点-映射到与虚拟对象的模拟物理交互上尚是困难的。因此，开发一种容易被人接受作为对应于与对象的合理交互的方法是有价值的。类似地，每当焦点沿着路径移动时，操纵焦点在空中旋转以生成声波是有用的。

附图说明