[发明专利]具有触觉模拟和情绪感知的虚拟场景体验系统和方法

说明书

本发明涉及具有触觉模拟和情绪感知的虚拟场景体验系统，包括场景计算机以及分别与其通讯连接的显示终端、触觉模拟和反馈装置，所述触觉模拟和反馈装置佩戴在用户肢体上，它包括微处理器以及分别与其连接的第二通信模块、定位模块和皮肤触觉模拟模块、生理信号模块；皮肤触觉模拟模块根据显示终端展示的场景和用户的肢体位置，对皮肤触觉模拟模块接触的皮肤产生不同的压力、剪切力，模拟出用户触摸场景中物体的触感。本发明的系统向用户提供虚拟场景，精确追踪用户手部的运动轨迹和姿态，模拟出更逼真的触觉体验，可广泛用于各种场景的虚拟模拟，大大提高了用户的体验度。

技术领域

本发明属于智能穿戴装置领域，具体涉及一种具有触觉模拟和情绪感知的虚拟场景体验系统。

背景技术

当前虚拟现实技术已经广泛运用在产品体验行业，一个典型的应用场景就是虚拟现实下的汽车驾驶体验：使用者戴上VR头显，配合力反馈手套、汽车座椅等外部设备，就可以在虚拟现实场景中感受到接近真实的驾驶体验。然而，上述外部设备所提供的感观有一定的局限性。例如，用户感受到的触觉由直接触摸上述方向盘、座椅产生，而当用户在虚拟现实场景中用手部触摸到其他表面时，则无法产生触觉，这在一定程度上降低了用户体验。

目前，现有的触觉模拟装置存在的问题大多为结构复杂，模拟的真实程度较低。例如，当利用电磁力或微型振动马达来提供力反馈时，由于这些构件本身的尺寸较大，使得整个装置较为笨重，当使用者手部佩戴该类装置时，易产生压迫感和疲劳感，在一定程度上令使用者的体验感下降。另外，使用电磁力、振动马达或类似手段来模拟触觉反馈时，仅可在垂直方向上对皮肤施加力，而在真实世界中皮肤对力的感知绝非仅限于一个平面内，故此类装置无法完整地模拟不同维度上的力反馈，使得拟真程度下降。

此外，用户与虚拟现实场景进行交互时，其情感、生理信号也在不断变化。例如，当用户在虚拟现实场景中触摸外表尖锐的物体时，内心将产生抵触情绪，在生理层面上将表现为心跳加快、肌肉收缩等等。将这些生理信号进行收集、分析，就能得出用户在虚拟场景中与不同对象交互意识情感的变化。当前，生理信号采集在可穿戴设备如智能手表领域应用广泛，而在虚拟现实领域的使用还比较少。基于生理信号的情感分析还难以整合到现有的虚拟现实体感设备系统中。

然而，情感分析在虚拟现实中的应用，一方面，需要一种轻便且精确的感官模拟装置，来保证用户与虚拟场景交互时有尽可能接近现实的体验；另一方面，由于此类交互的拟真程度高，其产生的生理信号足以反映用户在现实世界中进行同种交互所产生的情感，因此需要一套能实时收集、分析用户生理信号的系统。

发明内容

本发明的目的是针对上述问题，提供一种具有触觉模拟和情绪感知的虚拟场景体验系统，穿戴在用户手部，精确追踪用户手部的运动轨迹和姿态，用户在虚拟场景中有触摸行为时，可对用户手部提供垂直方向的压力和水平方向的剪切力，模拟出更逼真的触觉体验；同时，采集用户的脑电、肌电、血压信号，分析得出用户的情绪，得到用户对触摸对象的喜好程度，收集用户对体验对象的反馈信息，可用于现实生活中各种新生事物的虚拟体验。

本发明的技术方案是具有触觉模拟和情绪感知的虚拟场景体验系统，包括场景计算机以及分别与其通讯连接的显示终端、触觉模拟和反馈装置，所述触觉模拟和反馈装置佩戴在用户肢体上，它包括微处理器以及分别与其连接的第二通信模块、定位模块和皮肤触觉模拟模块；皮肤触觉模拟模块根据显示终端展示的场景和用户的肢体位置，对皮肤触觉模拟模块接触的皮肤产生不同的压力、剪切力，模拟出用户触摸场景中物体的触感。

所述触觉模拟和反馈装置还包括生理信号模块，生理信号模块包括分别与微处理器连接的血压传感器、肌电传感器和脑电传感器。