[发明专利]基于融合静电力与振动触觉再现装置的3D凸起渲染方法

摘要

本发明涉及一种基于融合静电力与振动触觉再现装置的3D凸起渲染方法，属于虚拟现实与人机交互领域。根据深度图像获取深度信息，通过建立的心理物理模型用振动渲染法向的轮廓感；并由深度值计算梯度信息，根据建立的心理物理模型及IP0.625转换方法用静电力渲染切向凸起的轮廓变化，通过这种基于深度图像的3D凸起渲染方法对轮廓信息进行呈现。本发明根据深度图像的深度信息建立映射关系，能够实现同时对手指切向力和法向力的渲染，有更加真实的三维触觉再现效果。

主权项

1.一种基于融合静电力与振动触觉再现装置的3D凸起渲染方法，采用融合静电力与振动触觉再现装置，其特征在于，包括下列步骤：(1)获得切向静电触觉反馈力F_x(i,j)由深度摄像机拍摄或者由matlab程序获得正弦凸起的深度图像，像素M×N，根据深度图像得到正弦凸起深度信息矩阵H，求得梯度矩阵P_x：其中H(i,j)为深度信息矩阵中第i行、第j列的元素，P_x(i,j)为梯度矩阵中第i行、第j列的元素；将梯度矩阵归一化到‑1至1之间，得到归一化梯度矩阵P_x'：其中P_x'(i,j)为归一化梯度矩阵中第i行、第j列的元素，p_max为梯度矩阵P_x(i,j)中的最大值；用静电力触觉反馈提供切向静电触觉反馈力F_x(i,j)：F_x(i,j)＝‑f₁×P_x'(i,j)其中F_x(i,j)为静电力矩阵中第i行、第j列的元素，f₁为静电力非零比例系数；(2)计算静电力驱动信号电压矩阵V₁由静电力触觉感知力f_静与静电力驱动信号电压矩阵V₁函数关系f_静＝f(V₁)，根据一种实际受力曲线与切向静电触觉反馈力间的转换方法IP0.625，得到输入强度矩阵I：I(i,j)＝a×F_x(i,j)+b，其中F_x(i,j)为静电力矩阵中第i行、第j列的元素，I(i,j)为输入强度矩阵I中第i行、第j列的元素，a和b为函数的系数；进而计算出静电力驱动信号电压矩阵V₁：V₁(i,j)＝m×I(i,j)+n其中I(i,j)为输入强度矩阵I中第i行、第j列的元素，V₁(i,j)为静电力驱动信号电压矩阵V₁中第i行、第j列的元素，m和n为函数的系数；(3)获得法向振动触觉反馈力矩阵F_y根据正弦凸起的深度图像，像素M×N，获得正弦凸起深度信息矩阵H，用振动触觉再现方法来提供法向力：F_y(i,j)＝H(i,j)×f₂其中F_y(i,j)为振动触觉反馈力矩阵F_y中第i行、第j列的元素，H(i,j)为深度信息矩阵H中第i行、第j列的元素，f₂为振动非零比例系数；(4)计算振动驱动信号电压矩阵V₂根据振动触觉感知力f_振与振动驱动信号电压矩阵V₂函数关系：f_振＝f(V₂)，由反函数计算得到振动驱动信号电压矩阵V₂：V₂(i,j)＝f^‑1(F_y(i,j))其中F_y(i,j)为振动触觉反馈力矩阵中第i行、第j列的元素，V₂(i,j)为振动驱动信号电压矩阵中第i行、第j列的元素。