虛擬現實中基於圖像的紋理力觸覺表達與再現方法研究

《虛擬現實中基於圖像的紋理力觸覺表達與再現方法研究》是依託東南大學，由宋愛國擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：虛擬現實中基於圖像的紋理力觸覺表達與再現方法研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：宋愛國
• 依託單位：東南大學

中文摘要

力觸覺人機互動作為虛擬現實的支撐技術之一已成為當前研究的前沿和熱點。紋理是物體表面極其重要的屬性，紋理力觸覺感知是人類探索世界的主要方式之一。紋理力觸覺再現是模擬人類通過力觸覺通道感知虛擬物體表面紋理信息的人機互動技術，它充分利用力觸覺的信息和能量傳遞的雙向性，極大提高了人類對虛擬環境的互動性和臨場感。而圖像作為真實世界的三維場景在二維平面上的投影，保留了大量紋理描述特徵。本項目旨在研究虛擬現實中圖像紋理的力觸覺再現方法，即對二維圖像進行幾何紋理與圖案紋理分離，準確刻畫兩類不同的圖像紋理信息，並分別進行紋理特徵提取和觸覺建模，通過能量空間變換將其轉換為三維力場信息，從而使操作者通過力觸覺感知圖像中目標的表面紋理，實現虛擬環境可見又可觸的真實效果。可以預計，本項目的研究成果不僅將有力地促進力觸覺虛擬現實技術的發展，而且在虛擬醫療、教學仿真、虛擬博物館、網路商店等領域有廣泛的套用前景。

結題摘要

本項目研究了虛擬現實中圖像紋理的力觸覺表達與再現方法，完成了全部研究內容，達到了預期目標，研究內容主要包括：（1）研究分析圖像中三維幾何紋理和圖案紋理的不同，提出一種綜合的本徵圖像分解方法，將二者進行分離，解決了二維圖像中的三維形狀信息和二維圖案信息觸感混淆問題；（2）提出一種基於CSGV的分數階微分自適應紋理特徵提取算法，解決了分數階微分算法中選取最佳微分階數繁瑣的問題，實現了魯棒的、全尺度的紋理特徵的提取；（3）研究兩類不同的圖像紋理特徵與三維力場的映射關係及力觸覺建模，改進全局化明暗恢復三維形狀算法，提出一種新的彩色圖像紋理力觸覺渲染模型，充分體現彩色圖像的顏色特徵、全面再現其紋理特徵觸感；（4）研製了一種攜帶型觸覺反饋電容筆，提出基於振動原理的紋理觸覺建模與再現方法，建立更具真實感的振動觸覺模型；（5）建立基於圖像的紋理力觸覺表達系統，並以此為實驗平台開展圖像的紋理力觸覺感知實驗研究，研究了人在探索紋理信息過程中的力觸覺感知生理和心理特性，為所提出的圖像紋理的力觸覺再現方法提供理論支撐；（6）研究了紋理力觸覺互動的穩定性控制算法，為圖像紋理力觸覺表達系統的穩定性、連續性和真實性提供了保證。本項目發表論文26篇，其中SCI收錄11篇，申請發明專利9項，其中已授權3項，培養博士生5名，碩士生9名。