[发明专利]融合静电力与振动的触觉再现方法与装置

权利要求书

1.一种融合静电力与振动的触觉再现方法，其特征在于，包括下列步骤：

(1)得到静电力信号幅度矩阵E

对于一个M像素*N像素的图像，首先提取其灰度值，得到图像的灰度矩阵H，然后对图像的灰度矩阵H横向求偏导，可以求得图像的梯度矩阵G_x

然后将G_x进行归一化处理，得到归一化梯度矩阵G_x′

其中g_xmin为梯度矩阵G_x中元素的最小值，g_xmax为梯度矩阵G_x中元素的最大值；

接下来根据归一化梯度矩阵G_x′求得切向力分量矩阵F_x

其中f_e为静电力触觉再现方式所能产生的最大切向力；

接下来测量静电力触觉再现中，不同驱动信号幅度V_E所能产生的切向力f_x，得到驱动信号幅度V_E与切向力f_x的关系曲线：

f_x＝kV_E²

其中k为比例系数；

最后，根据静电力触觉再现中驱动信号幅度V_E与切向力f_x的关系曲线，即可得到切向力分量矩阵F_x所对应的静电力信号幅度矩阵E；

(2)得到夹角矩阵θ

当手指触摸到图片的某一像素点P(i,j)时，手指在P点受到虚拟物体的支持力为F_n、摩擦力为F_f，这两个力的合力为F′，合力F′与水平面夹角α_ij计算方法如下：

α_ij＝90-arctang_xij-arctanμ

其中1≤i≤M、1≤j≤N，g_xij为梯度矩阵G_x中第i行、第j列的元素，μ为触觉呈现单元的摩擦系数，这样即可计算出手指在该点所受合力与水平面的夹角α_ij；

用同样的方法，即可求出图像中每一点手指所受合力与水平面的夹角，从而得到夹角矩阵θ；

(3)得到振动信号幅度矩阵V

将切向力分量矩阵F_x中的元素与夹角矩阵θ中对应位置元素的正切值相乘，得到法向力分量矩阵F_y中的元素，即

其中为夹角矩阵θ中第i行、第j列元素；

然后测量振动触觉再现中，不同驱动信号幅度V_V所能产生的法向力f_y，得到驱动信号幅度V_V与法向力f_y的关系曲线：

f_y＝mV_V

其中m为比例系数；

最后，根据振动触觉再现中驱动信号幅度V_V与法向力f_y的关系曲线，即可得到法向力分量矩阵F_y所对应的振动信号幅度矩阵V；

2.一种实现如权利要求1所述方法的融合静电力与振动的触觉再现装置，其特征在于，包括：

(1)手指定位单元，包括能实现定位功能的装置，其作用在于实时读取手指的位置坐标，并将该坐标信息发送到触觉处理单元；

(2)触觉处理单元，包括多媒体终端，其作用在于呈现视觉信息，同时对视觉信息进行特征提取与渲染将其映射成触觉驱动信号参数，然后将驱动信号参数发送到触觉驱动单元；

(3)触觉驱动单元，其作用在于同时产生静电力以及振动这两种触觉再现方式所需要的驱动信号，并将其施加到触觉呈现单元；

(4)触觉呈现单元，包括单点电容屏和振动源，其作用在于改变手指所受的切向力和法向力，实现三维触觉的呈现功能。