专题栏目:ARVRMR虚拟现实

触觉和力反馈 | 触觉和力反馈是什么意思?

定义:触觉反馈称为接触反馈,是指来自皮肤表面敏感神经传感器的触感。包括接触表面的几何结构、表面硬度、滑动和温度等实时信息。力反馈是指身体的肌肉、肌腱和关节运动或收紧的感觉。提供对象的表面柔顺性、对象的重量和惯性等实时信息。它主要抵抗用户的触摸运动,并能阻止该运动。

触觉和力反馈是人类感觉器官的重要组成部分,是通过传送一类非常重要的感官信息,帮助用户利用触觉来识别环境中的对象,并通过移动这些对象执行各种各样的任务。一般分为两类:一类是在探索某个环境时,利用触觉和力觉信息去识别所探索对象及对象的位置和方向。另一类是利用触觉和力觉去操纵和移动物体以完成某种任务。

触觉反馈和力量反馈是两种不同形式的力量感知,两者不可分割。当用户感觉到物体的表面纹理时,同时也感觉到了运动阻力。在虚拟环境中,触觉和力量反馈都是使用户具有真实体验的交互手段,也是改善虚拟环境的一种重要方式。

对于人而言,大部分的触觉和力觉都来自于手和手臂,以及腿和脚。但是感受密度最高的应属指尖,指尖能够区分出距离2.5mm的两个接触点。而人的手掌却很难区别出距离11mm以内的两个点,用户的感觉就像只存在一个点。在触觉和力反馈模型的研究中,主要以手指为研究核心来设计触觉和力觉反馈设备。

触觉和力反馈与前面介绍的视觉、听觉反馈结合起来,可以大大提高仿真的真实感。没有触觉和力反馈,就不可能与环境进行复杂和精确的交互。在虚拟现实交互中,也没有真实的被抓物体。所以,对虚拟接触反馈和力反馈提出以下要求。

(1)实时性要求。为实现真实感,虚拟触觉反馈和力反馈需要实时计算接触力、表面形状、平滑性和滑动等。

(2)安全性保障。安全问题是触觉反馈和力反馈的首要问题。触觉反馈和力反馈设备需要对手或者人体的其他部位施加真实的力一旦发生故障,就会对人体施加很大的力,可能伤害到人。因此要求有足够的力能让用户感觉到,同时又不能太大,否则会伤害到用户。所以,通常要求这些装置具有“故障安全”性即一旦计算机或装置出故障,用户也不会受伤害,整个系统仍然是安全的。

(3)轻便和舒适的特点。在这种设备中,如果执行机械太大且太重,则用户很容易疲劳,也增加了系统的复杂性和价格。轻便的设备便于用户携带使用和现场安装。

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