[发明专利]一种虚拟皮肤表面实时力反馈交互系统

说明书

本发明公开了一种虚拟皮肤表面实时力反馈交互系统，包括：皮肤表面几何模型、虚拟场景装置、检测装置、计算装置、力反馈计算装置、模型变形计算装置、反馈设备、节点数据跟新装置。本发明有益效果是：本发明能够为虚拟现实交互设备提供了一种实现力反馈的途径，弥补了一些虚拟现实设备只有视觉和听觉反馈的不足。并且丰富了力反馈的形式，相对于现有基于传感器的反馈形式，提升了力反馈的真实度，能在人机交互时对用户产生更有效的约束，增强了虚拟场景的沉浸感；本发明是基于虚拟皮肤表面的实时力反馈交互系统，应用到可穿戴设备中，具有轻便、舒适、成本较低、易于制备的优点。

技术领域

本发明涉及虚拟现实交互技术领域，具体涉及一种虚拟皮肤表面实时力反馈交互系统。

背景技术

随着科学技术的发展，虚拟现实(Virtual Reality)技术得到了广泛的关注和应用，特别是在游戏、影视、教育、医疗等方面VR技术有着广阔的前景。虚拟现实技术包括了模拟环境、感知、自然技能和传感器设备等方面。在感知方面，不仅包括最基本的视觉、听觉感知，还有力触觉感知等。力触觉是唯一既可接受周围环境输入又可以对周围环境输出的感知通道，如能实现视觉、力触觉的融合感知与反馈，可极大增强虚拟现实的沉浸感。力反馈交互技术，是虚拟现实技术的力触觉感知的一种途径。

目前，国内外的VR设备在实现力反馈交互方面，主要存在以下三方面的不足：一、在力触觉融合处理的交互反馈技术亟待提高；二、力触觉反馈的形式大多是通过传感器震动体表或通过反馈装置传导力等，在人机交互时不容易对使用者产生有效的约束，极大地降低了虚拟场景的沉浸感；三、传统的面向全身或上半身的力反馈交互设备模块较大，穿戴不便且成本较高，不适合于推广应用。

发明内容

为解决上述问题，尤其是针对现有技术所存在的不足，本发明提供了一种虚拟皮肤表面实时力反馈交互系统能够解决上述问题。

为实现上述目的，本发明采用以下技术手段：

一种虚拟皮肤表面实时力反馈交互系统，包括：皮肤表面几何模型、虚拟场景装置、检测装置、计算装置、力反馈设备、节点数据跟新装置，所述皮肤表面几何模型是基于OpenGL建立和渲染皮肤表面的几何模型，所述皮肤表面几何模型中加入了弹簧-质点模型，所述弹簧-质点模型中为每个质点设计了一个弹簧模型，所述皮肤表面几何模型与虚拟场景装置连接，所述虚拟场景装置与检测装置连接，所述检测装置与计算装置连接，所述计算装置包括力反馈计算装置和模型变形计算装置，所述力反馈计算装置与力反馈设备连接，所述模型变形计算装置与节点数据跟新装置连接，所述力反馈设备和节点数据跟新装置分别与虚拟场景装置连接。

进一步的，所述弹簧模型为正六边形结构模型结构。

进一步的，所述弹簧模型的方向其与受力的方向一致。

进一步的，所述检测装置检测皮肤表面几何模型1的皮肤形变刷新率不小于30Hz。

进一步的，所述力反馈设备的最大输出反馈力为3.3N。

进一步的，所述节点数据跟新装置的刷新频率应该在1kHz以上。

本发明有益效果是：本发明能够为虚拟现实交互设备提供了一种实现力反馈的途径，弥补了一些虚拟现实设备只有视觉和听觉反馈的不足。并且丰富了力反馈的形式，相对于现有基于传感器的反馈形式，提升了力反馈的真实度，能在人机交互时对用户产生更有效的约束，增强了虚拟场景的沉浸感。

本发明是基于虚拟皮肤表面的实时力反馈交互系统，应用到可穿戴设备中，具有轻便、舒适、成本较低、易于制备的优点。

附图说明

图1是本发明的系统分布图；

图2是本发明皮肤表面几何模型的模块示意图

图3是本发明弹簧模型的结构模型图；