[发明专利]基于微电流刺激的虚拟力反馈评估和调整系统与方法

说明书

本发明涉及基于微电流刺激的虚拟力反馈评估和调整系统与方法，其系统包括虚拟场景交互模式评估模块、虚拟场景力反馈调整模块，虚拟场景交互模式评估模块通过虚拟场景交互事件触发肌体运动的交互类型及其所形成的肌体运动参数，评估计算得出虚拟场景力反馈参数与参与部位信息，传入虚拟场景力反馈调整模块；虚拟场景力反馈调整模块接收虚拟场景力反馈参数与参与部位信息，经过调整后输出电刺激参数与电刺激部位信息，以完成后续的肌肉电刺激形成的虚拟现实力反馈交互。本发明通过对虚拟现实交互形式的具体评估、基于人体肌肉关节受力阈值和电生理安全性的调整，产生更贴近真实的虚拟场景力反馈效果，增加沉浸感，减少疲劳和不适感。

技术领域

本发明涉及虚拟现实交互技术，具体地涉及基于微电流刺激的虚拟力反馈评估和调整系统与方法。

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。基于电刺激的虚拟现实力反馈交互通过在肌纤维处施加合适的电刺激可使肌肉发生收缩和拉伸等动作，使人产生自主肌体运动，模拟人体受力后的效果，从而完成力反馈过程，是如今新兴的虚拟现实力反馈实现方式之一。

目前，国内外的VR电刺激力反馈的交互系统方面，主要存在以下不足：一、虚拟场景中不同的交互模式和物体对应单一的电刺激模式，使得用户体验的沉浸感和真实感不足；二、虚拟场景中的电刺激参数并没有考虑人体各部位的受力阈值与电安全因素，导致用户在体验时容易进入电刺激肌肉带来的不真实性与不舒适状态，影响用户体验。

实际上虚拟场景的交互中存在不同的交互模式，用户与虚拟场景的主动交互模式和被动交互模式存在着巨大差异，同时对应着不同的虚拟力反馈模式，也对应着不同的电刺激模式。另一方面，在电刺激虚拟力反馈中，肌体所承受的力与电刺激参数都有一定的限度，若超过了这个限度，轻则导致用户的不适感和疲劳感，降低虚拟现实的用户体验和沉浸感，重则影响到肌体损伤，危及生命安全。

发明内容

为解决现有技术所存在的技术问题，本发明提供基于微电流刺激的虚拟力反馈评估和调整系统与方法，通过对虚拟现实交互形式的具体评估、基于人体肌肉关节受力阈值和电生理安全性的调整，产生更贴近真实的虚拟场景力反馈效果，增加沉浸感，减少疲劳和不适感。

本发明采用以下技术方案来实现：基于微电流刺激的虚拟力反馈评估和调整系统，包括虚拟场景交互模式评估模块、虚拟场景力反馈调整模块，虚拟场景交互模式评估模块通过虚拟场景交互事件触发肌体运动的交互类型及其所形成的肌体运动参数，评估计算得出虚拟场景力反馈参数与参与的部位信息，传入虚拟场景力反馈调整模块；虚拟场景力反馈调整模块接收虚拟场景力反馈参数与参与部位信息，经过调整后输出电刺激参数与电刺激部位信息，以完成后续的肌肉电刺激形成的虚拟现实力反馈交互。

优选地，虚拟场景交互模式评估模块包括：主动力反馈模型和被动力反馈模型，其中主动力反馈模型为用户对交互物体施加力时因两者距离而产生的虚拟弹性张力；被动力反馈模型为交互物体对用户施加的虚拟冲击力。

优选地，主动力反馈模型为：

F＝k|X-X₀|

其中k为物体自身弹性系数，X为用户施力点空间坐标，X₀为交互物体质心空间坐标。

所述被动力反馈模型为：

其中m为物体自身质量，v为交互物体移动速度，s为交互移动距离。