[实用新型]一种虚拟现实触觉反馈交互系统

说明书

本实用新型涉及虚拟现实交互技术，为一种虚拟现实触觉反馈交互系统，包括依次连接的头显模块、存储模块、电刺激设备、时分复用电路和柔性电极阵列，存储模块接收虚拟场景交互事件中对应的触觉反馈参数，并通过其驱动电路将对应的触觉反馈参数转换为相应的电信号；电刺激设备根据接收到的电信号，控制各个电刺激通道输出脉冲参数，再经时分复用电路选择各个触觉感受的最优刺激范式，并输出相应的脉冲至柔性电极阵列。本实用新型可增强虚拟现实场景中的体验效果，同时通过对电极阵列的结构和材质进行了相关改进，丰富了电刺激的方式，提高了电刺激的准确度，进而增加了虚拟场景的沉浸感。

技术领域

本实用新型涉及虚拟现实交互技术，具体地，涉及一种基于柔性电极阵列及经皮神经电刺激的虚拟现实触觉反馈交互系统。

背景技术

随着科学技术的发展，虚拟现实(Virtual Reality)技术得到了广泛的应用，特别是在游戏、影视、教育、遥操作、医疗等方面VR技术有着广阔的前景。虚拟现实技术是一种有效的模拟人在自然环境中视、听、动等行为的高级人机交互技术。虚拟现实技术通过计算机图形构造虚拟环境,借助相应的硬件手段的帮助,如数据手套、头盔显示器或立体眼镜等设备，提供视、听、触、嗅觉等感官刺激，可以使用户沉浸在虚拟环境中，产生亲临其境的临场感。电触觉反馈交互技术，是虚拟现实技术的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：首先，在视觉、听觉上融合处理的交互反馈技术发展得已经比较成熟，但是在视觉、力触觉，甚至视、听、力触觉融合处理的交互反馈技术亟待提高；然后，触觉反馈的形式大多是通过传感器震动体表或压力刺激的方式来实现，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；电触觉相对于其他的触觉反馈方式有着很大的优势，电刺激有着简单易行、轻巧方便、能量的转换效率高、易于集中而且分辨率高，因而极大地增强了虚拟场景的沉浸感；最后，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。

实际上，人体触觉的产生是由于在皮肤软组织中，低阈值的机械刺激感受器在外界刺激(如接触、压迫等)的诱发下发出动作电位，并且经过中枢神经的传输与编译，从而形成各种感知属性组成的感觉印象，包括粗糙度、柔软度以及粘附性等感觉。本实用新型基于前述人体的体感刺激生理学原理，提出新的触觉反馈交互系统。

发明内容

为了解决现有技术所存在的问题，本实用新型提出一种虚拟现实触觉反馈交互系统，该系统基于柔性电极阵列及经皮神经电刺激，利用虚拟现实和不同皮肤触觉感受器拥有不同的响应频率，对皮肤触觉感受器进行不同脉冲电刺激使其分别产生响应，从而产生与虚拟现实场景相对应的触觉反馈效果，增强了用户在虚拟现实场景中的体验效果，同时通过对电极阵列的结构和材质进行了相关改进，丰富了电刺激的方式，提高了电刺激的准确度，进而增加了虚拟场景的沉浸感。

本实用新型采用如下技术方案来实现：一种虚拟现实触觉反馈交互系统，包括：

头显模块：用于提供虚拟场景下的触觉交互环境；

存储模块：与头显模块连接，用于存储不同触觉交互环境与不同触觉反馈参数之间的对应关系；存储模块包括相应的驱动电路，用于产生表征当前虚拟场景参数的电信号；不同触觉交互环境与不同触觉反馈参数之间的对应关系为不同电信号与不同触觉反馈参数之间的对应关系；

设有多个电刺激通道的电刺激设备：与存储模块连接，用于根据接收到的不同电信号，控制各个电刺激通道输出电流脉冲的频率脉宽参数，并将电流脉冲输出至时分复用电路；

时分复用电路：与电刺激设备连接，用于接收电刺激设备输出的相应电流脉冲，并通过选择控制不同的输出通道，得到不同触觉感受器的最优刺激范式；将相应的电流脉冲进行时‐空间上的脉宽频率组合，并输出至柔性电极阵列；

柔性电极阵列：与时分复用电路连接，用于输出相应的电刺激脉冲。