[发明专利]用于通过触觉反馈仿真特定运动的方法及其实现装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于通过触觉反馈仿真运动的方法及其实现装置。本发明尤其适用于运动仿真和感知领域。本发明例如可以用于汽车仿真器或飞机仿真器，视频游戏，主题公园景点，或礼堂、如影剧院。

背景技术

生物对自身运动的感知，特别是人类，是由一种包含了几种类型的复杂机制产生的结果。所包含的类型尤指触觉、听觉、视觉、本体感觉和前庭系统。在以下的描述中，触觉感知(haptic)类型定义为触觉和本体感觉这两种类型的结合。通过对一种类型的刺激，可以使一个不动或几乎不动的人有运动的感觉。也可以同时进行多种类型的刺激来增强运动的感觉。为此，多模态感知机制成为许多研究的主题，例如，O.Ernst et M.S.Banks intituléHuman integrate visual and haptic information in a statistically optimal fashion，Nature，Vol.415，Janvier2002(欧·恩斯特和M·S·班克斯所写的题为《人类以统计最优方式将视觉信息与触觉信息整合》的文章，载于《NATURE》杂志，2002年1月第415卷)。

目前有三种基于机械刺激的主要方法旨在给人以运动的感觉。同时，为刺激人的视觉，通常会在屏幕上放映视频流。

第一种方法的原理在于将振动传给用户。术语“用户”以后是指使用运动仿真装置并因此能够产生运动感觉的任何人。如果所述用户坐在座椅上，一个或多个振动装置可安装在该座椅下，并且当决定传输运动的印象时被激活。这种方法是三种方法中最基础的，但也是实施最经济的方法。实际上，能够用来控制振动装置的信号很简单，而且振动的频段是有限的。另一方面，这种方法没有给人一种加速的感觉。

第二种方法是利用液压千斤顶。使用这种方法的仿真器通常由固定在供电式千斤顶平台上的驾驶室构成，用户坐在驾驶室里。控制千斤顶使其能倾斜驾驶室，因此能给予运动的感觉。与上述使用振动装置的方法不同的是，这种方法可以传送加速的感觉，不过是断断续续的。而且，这种方法实施成本显著。

在第三种方法中，利用轨道使用户所乘坐的驾驶室或座椅运转起来，这种方法也是很昂贵的。这种方法由于使用有限尺寸的轨道，能够给予短时间持续加速的感觉。这种发明的另一个缺点是仿真运动不是实时的。实际上，使在轨道上的驾驶室或座椅运转起来之前必须完成尤其涉及仿真运动轨迹的计算。另外，实施这种方法要使用大型设备。

上述三种方法有一个共同的缺陷是不能传送长久且持续的加速感觉。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于弥补上述缺点。

为此，本发明涉及一种用于仿真虚拟车辆的运动的方法，用户与包括力反馈触觉界面的仿真器物理接触，其中，所述物理接触对应触觉界面和用户身体之间的至少一个物理接触点，该物理接触点表示用户与虚拟车辆之间的虚拟接触点。本发明包括至少两个步骤。第一步涉及确定用户和虚拟车辆之间的虚拟接触点处的线性加速度矢量和线性速度矢量所述矢量表示车辆在所述点处的运动。第二步涉及从该线性加速度矢量和线性速度矢量推导出三维力矢量所述力矢量由线性加速度矢量和线性速度矢量的线性组合预先确定，通过所述触觉界面基本上在所述物理接触点处施加相应的力。

根据本发明的一方面，例如可从线性加速度功率、线性速度功率与线性加速度时间导数功率的线性组合推导力

根据本发明的一方面，本方法包括用于确定用户与触觉界面之间的虚拟接触点处的角加速度矢量的步骤，所述矢量表示所述车辆在所述虚拟接触点处的运动。

本发明的实施例包括用于推导角加速度矢量的三维转矩矢量的步骤，所述转矩矢量与所述加速度矢量和通过所述触觉界面基本上在所述物理接触点处施加的相应的转矩成比例。

例如力验证下列表达式：

F→3D=α×m×α→lin]]>

其中：

为三维的线性加速度矢量；