[發(fā)明專利]一種虛擬現(xiàn)實觸覺反饋交互系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810852405.6
• 申請日: 2018-07-27
• 公開（公告）號: CN108874150A
• 公開（公告）日: 2018-11-23
• 發(fā)明（設計）人: 舒琳;彭謙;徐向民
• 申請（專利權(quán)）人: 華南理工大學
• 主分類號: G06F3/01
• 分類號: G06F3/01
• 代理公司: 廣州市華學知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44245
• 代理人: 林梅繁

本發(fā)明涉及虛擬現(xiàn)實交互技術(shù)，為一種虛擬現(xiàn)實觸覺反饋交互系統(tǒng)，包括依次連接的頭顯模塊、存儲模塊、電刺激設備、時分復用電路和柔性電極陣列，存儲模塊接收虛擬場景交互事件中對應的觸覺反饋參數(shù)，并通過其驅(qū)動電路將對應的觸覺反饋參數(shù)轉(zhuǎn)換為相應的電信號；電刺激設備根據(jù)接收到的電信號，控制各個電刺激通道輸出脈沖參數(shù)，再經(jīng)時分復用電路選擇各個觸覺感受的最優(yōu)刺激范式，并輸出相應的脈沖至柔性電極陣列。本發(fā)明可增強虛擬現(xiàn)實場景中的體驗效果，同時通過對電極陣列的結(jié)構(gòu)和材質(zhì)進行了相關改進，豐富了電刺激的方式，提高了電刺激的準確度，進而增加了虛擬場景的沉浸感。

技術(shù)領域

本發(fā)明涉及虛擬現(xiàn)實交互技術(shù)，具體地，涉及一種基于柔性電極陣列及經(jīng)皮神經(jīng)電刺激的虛擬現(xiàn)實觸覺反饋交互系統(tǒng)。

背景技術(shù)

隨著科學技術(shù)的發(fā)展，虛擬現(xiàn)實(Virtual Reality)技術(shù)得到了廣泛的應用，特別是在游戲、影視、教育、遙操作、醫(yī)療等方面VR技術(shù)有著廣闊的前景。虛擬現(xiàn)實技術(shù)是一種有效的模擬人在自然環(huán)境中視、聽、動等行為的高級人機交互技術(shù)。虛擬現(xiàn)實技術(shù)通過計算機圖形構(gòu)造虛擬環(huán)境,借助相應的硬件手段的幫助,如數(shù)據(jù)手套、頭盔顯示器或立體眼鏡等設備，提供視、聽、觸、嗅覺等感官刺激，可以使用戶沉浸在虛擬環(huán)境中，產(chǎn)生親臨其境的臨場感。電觸覺反饋交互技術(shù)，是虛擬現(xiàn)實技術(shù)的觸覺感知的一種途徑。

目前，國內(nèi)外的VR設備在實現(xiàn)力反饋交互方面，主要存在以下三方面的不足：首先，在視覺、聽覺上融合處理的交互反饋技術(shù)發(fā)展得已經(jīng)比較成熟，但是在視覺、力觸覺，甚至視、聽、力觸覺融合處理的交互反饋技術(shù)亟待提高；然后，觸覺反饋的形式大多是通過傳感器震動體表或壓力刺激的方式來實現(xiàn)，在人機交互時不容易對使用者產(chǎn)生有效的約束，極大地降低了虛擬場景的沉浸感；電觸覺相對于其他的觸覺反饋方式有著很大的優(yōu)勢，電刺激有著簡單易行、輕巧方便、能量的轉(zhuǎn)換效率高、易于集中而且分辨率高，因而極大地增強了虛擬場景的沉浸感；最后，傳統(tǒng)的面向全身或上半身的力反饋交互設備模塊較大，穿戴不便且成本較高，不適合于推廣應用。

實際上，人體觸覺的產(chǎn)生是由于在皮膚軟組織中，低閾值的機械刺激感受器在外界刺激(如接觸、壓迫等)的誘發(fā)下發(fā)出動作電位，并且經(jīng)過中樞神經(jīng)的傳輸與編譯，從而形成各種感知屬性組成的感覺印象，包括粗糙度、柔軟度以及粘附性等感覺。本發(fā)明基于前述人體的體感刺激生理學原理，提出新的觸覺反饋交互系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有技術(shù)所存在的問題，本發(fā)明提出一種虛擬現(xiàn)實觸覺反饋交互系統(tǒng)，該系統(tǒng)基于柔性電極陣列及經(jīng)皮神經(jīng)電刺激，利用虛擬現(xiàn)實和不同皮膚觸覺感受器擁有不同的響應頻率，對皮膚觸覺感受器進行不同脈沖電刺激使其分別產(chǎn)生響應，從而產(chǎn)生與虛擬現(xiàn)實場景相對應的觸覺反饋效果，增強了用戶在虛擬現(xiàn)實場景中的體驗效果，同時通過對電極陣列的結(jié)構(gòu)和材質(zhì)進行了相關改進，豐富了電刺激的方式，提高了電刺激的準確度，進而增加了虛擬場景的沉浸感。

本發(fā)明采用如下技術(shù)方案來實現(xiàn)：一種虛擬現(xiàn)實觸覺反饋交互系統(tǒng)，包括：

頭顯模塊：用于提供虛擬場景下的觸覺交互環(huán)境；

存儲模塊：與頭顯模塊連接，用于存儲不同觸覺交互環(huán)境與不同觸覺反饋參數(shù)之間的對應關系；存儲模塊包括相應的驅(qū)動電路，用于產(chǎn)生表征當前虛擬場景參數(shù)的電信號；不同觸覺交互環(huán)境與不同觸覺反饋參數(shù)之間的對應關系為不同電信號與不同觸覺反饋參數(shù)之間的對應關系；

設有多個電刺激通道的電刺激設備：與存儲模塊連接，用于根據(jù)接收到的不同電信號，控制各個電刺激通道輸出電流脈沖的頻率脈寬參數(shù)，并將電流脈沖輸出至時分復用電路；

時分復用電路：與電刺激設備連接，用于接收電刺激設備輸出的相應電流脈沖，并通過選擇控制不同的輸出通道，得到不同觸覺感受器的最優(yōu)刺激范式；將相應的電流脈沖進行時-空間上的脈寬頻率組合，并輸出至柔性電極陣列；

柔性電極陣列：與時分復用電路連接，用于輸出相應的電刺激脈沖。