[发明专利]应用于静电力触觉再现装置的多参量视觉对象渲染方法

说明书

本发明涉及应用于静电力触觉再现装置的多参量视觉对象渲染方法，属于虚拟现实与人机交互领域。根据触摸点定位获取当前视觉对象的目标像素点，计算目标像素点的像素力、色调、粗糙度信息，利用像素力与色调信息来映射静电力激励信号的幅度参量，利用粗糙度信息来映射静电力激励信号的频率分量，根据两种映射关系合成静电力激励信号，实现对视觉对象中的特征信息的实时渲染。本发明的优点在于：用颜色变化表征纹理信息，有效避免了用灰度变化表征纹理信息所导致的彩色图像在灰度变换后丢失纹理信息的缺点；结合色彩心理学理论和人类主观频率刺激感知特性，建立静电力激励信号幅度和频率分量的映射关系，提供一种更符合人类触觉感知特性的触觉体验，提高了视觉对象触觉再现的真实感。

技术领域

本发明属于虚拟现实与人机交互领域，尤其涉及一种应用于静电力触觉再现装置的多参量视觉对象渲染方法。

背景技术

触觉再现是当前人机交互与虚拟现实领域内的前沿技术，能够给人提供更好的沉浸式体验，相较于传统的视觉和听觉，触觉更注重人机的交互性。其中静电触觉再现技术是目前国际触觉再现的研究热点和重点，在教育教学、商业展示、医学治疗和娱乐等领域有着广阔的发展前景。

静电力触觉再现技术主要是根据库伦定律，利用静电力吸引原理，通过调节手指与触觉再现面板间的摩擦力提供触觉体验。静电力触觉再现面板有玻璃底板、透明导电极板、透明绝缘薄膜组成。当激励信号施加于导电极板时，绝缘薄膜内部正负电荷周期性“跳跃”，从而产生一个周期性变化的电场。当手指触摸再现面板时，手指因电荷感应而周期性携带正负电荷，电荷间库仑力相互作用，使手指感知触觉力作用。可以通过对激励信号的参量控制，改变指尖所受摩擦力，进而产生不同的触觉体验

像素力的概念源于Bucha等人提出的像素力场算法，其中将每个像素点的像素力定义为一个指向颜色变化方向的二维矢量，来表征该像素在邻域内的颜色变化。当颜色变化剧烈时，像素力就大；当颜色变化平缓时，像素力就小。像素力有效的反映了彩色图像的颜色的变化情况，可以反映彩色图像的纹理信息，并且克服了用图像灰度信息变化表征纹理信息，容易出现纹理丢失的缺点。根据色彩和空间感的心理作用：暖色调颜色有扩散作用，使物体轮廓给人以膨胀的感觉；而冷色调的颜色具有内聚作用，使物体轮廓给人以膨胀的感觉。此外不同的颜色可使人对色彩产生距离上的变化，造成人对物体由进、退、凸、凹、远、近等不同的感觉。所以结合色调信息，当像素为暖色调时，放大像素力给人以膨胀的感觉；当像素为冷色调时，缩小像素力给人以收缩的感觉，是一种更符合人类心理感受的映射方法。

触觉再现渲染算法是在触觉再现装置基础上进一步提高触觉再现真实感的保证。近年来，随着触觉再现技术越来越受到国内外企业和研究机构的关注，多媒体终端触觉再现渲染方法研究得到了不断地发展。

目前，已经有了一些触觉再现的渲染方法。

中国专利CN102331838A中公开了一种基于深度等高线的图像的振动触觉表达方法，它首先对图像进行灰度处理，然后提取深度信息，将深度信息转化为振动触觉刺激。中国专利CN106919257A中公开了一种基于图像亮度信息力触觉交互纹理力再现方法，通过对图像灰度信息进行预处理，结合运动学原理，在虚拟接触点产生相应纹理的接触力。中国专利CN 107103637A中公开了一种增强纹理力方法，采用SFS算法中的演化方法从二维纹理图像中物体表面的明暗变化来恢复表面各点的相对高度重建表面三维微观形状，在传统的的纹理力触觉再现方法的基础上增加一个梯度反馈力，进而实现触觉渲染。但是，这类触觉再现的渲染方法利用图像的灰度变化表征纹理信息，丢弃了颜色特征，使得渲染结果容易出现失真。