[发明专利]基于图像亮度信息纹理力再现交互系统及实现方法

说明书

本发明公开了基于图像亮度信息纹理力再现交互系统及实现方法，结合计算机图像处理技术、虚拟现实技术与虚拟现实人机交互技术，通过将捕捉到的图像信息用优化算法进行亮度信息提取预处理，在虚拟接触点产生相应纹理的接触力，再将得到的相应纹理信息通过PHANTOM OMNI力触觉交互系统反馈给操作者，使得操作者真实的感知物体表面纹理物理属性，从而达到重构物体表面三维纹理信息的目的。和以往常用的虚拟力仿真系统相比，该系统以3DS Max 2015、VC++2016和OpenGL软件编程为基础，模型的获取和修改方便，通过结合图像预处理优化算法，极大的减少了仿真过程中的严重抖动现象，提高了纹理再现的效率和使用者的真实感体验。

技术领域

本发明涉及一种支持力触觉反馈的纹理力再现交互系统及实现方法，尤其是一种基于图像亮度信息纹理力再现方法下的纹理力人机交互系统。属于计算机图像处理、虚拟现实技术与虚拟现实人机交互领域。

背景技术

纹理是物体表面的微观几何形状、粗糙度等特性的综合描述。现实中，我们通过触觉直接感知物体的纹理信息，判断物体的一系列材质特点。随着虚拟现实技术在力触觉传感领域的广泛应用，以及一系列虚拟环境构造、虚拟物体仿真的实现，使得通过仪器捕捉现实物体的特点再通过力触觉交互系统将其输出得以实现。例如吴等人通过仪器实际测量纹理力再通过电压输出实现了力触觉的再现。这一领域技术的实现，也使得人们可以远程地对物体从外形到触觉多方位感知了解。对如今的远程购物体验、老建筑物纹理再现修复等方面都有一定的现实意义。

随着计算机视觉、图像处理技术的发展,如今可以通过对物体图像的预处理得到物体图像灰度值，进一步分离近似得到图像中呈现的物体纹理信息，从而使得物体的纹理信息的提取变得更容易。本发明涉及一种支持力触觉反馈的纹理力再现交互系统及实现方法，尤其是一种基于图像亮度信息纹理力再现方法下的纹理力人机交互系统。通过将捕捉到的图像信息加以处理，在虚拟接触点产生相应纹理的接触力，再将得到的相应纹理信息通过PHANTOM OMNI力触觉交互设备反馈给操作者，可以使得操作者真实的感知物体表面纹理物理属性，从而达到重构物体表面三维纹理信息的目的。

发明内容

发明目的：本发明专利通过优化算法以及对纹理接触力合理建模，结合对图像信息进行预处理技术，建立力触觉反馈的纹理力再现交互系统，系统模块通过图片预处理，位置检测，碰撞检测，力交互反馈等模块，结合PHANTOM OMNI力触觉交互设备将得到的相应纹理信息通过力触觉再现设备反馈给操作者，使得操作者真实地感知物体表面纹理物理属性，从而达到重构物体表面三维纹理信息的目的。

技术方案如下：

计算机主机(2)和力触觉交互设备(3)，在计算机主机(2)上连接有显示器(1)，所述计算机主机(2)至少包括硬盘(9)和1394b卡(8)，所述硬盘(9)至少包括：图片预处理模块(93)、用于检测虚拟代理位置的位置检测模块(96)、用于检测虚拟代理与虚拟物体是否发生碰撞的碰撞检测模块(92)、纹理力计算模块(91)、图像刷新模块(93)及力触觉信息反馈模块(95)，所述硬盘(9)通过1394b卡(8)及1394连接线与力触觉交互设备(3)连接，用于将纹理力计算模块(91)计算得到的纹理力信息通过力触觉信息反馈模块(95)传输至力触觉交互设备(3)并输出。

所述图片预处理模块(93)通过以下方式将图片亮度信息提取并转换计算出虚拟物体高度值：

(1)导入物体表面二维纹理图片，假设该二维纹理图片大小为m×n个像素，即图像横向像素个数为m，纵向像素个数为n；利用下述公式红绿蓝过滤器得到的亮度值将图像处理出红、绿、蓝三个分量R、G、B：