触觉反馈装置及方法与流程

本公开的实施例涉及一种触觉反馈装置和方法。

背景技术：

虚拟现实技术涉及模拟环境、感知、自然技能和传感设备等多个方面。例如，感知是指理想的虚拟现实技术应该具备人所具有的一切感知。也就是说，除计算机图形技术所生成的视觉感知外，虚拟现实技术还有针对听觉、触觉、运动、甚至嗅觉的感知。在虚拟现实技术中，用户可以去触摸一个虚拟物体，而且用户很希望获得与触摸该虚拟物体所对应的真实物体的相类似的感受。

技术实现要素：

本公开的至少一个实施例提供一种触觉反馈装置，包括：至少一个连接结构、可穿戴设备和至少一个信号发生器。所述连接结构的一端与所述可穿戴设备相连，所述连接结构的另一端与所述信号发生器相连。所述可穿戴设备被配置为：检测目标位置。所述信号发生器被配置为依据控制信号产生感知信号，并输出所述感知信号。

例如，所述可穿戴设备还被配置为：确定所述目标位置处的虚拟物体；根据所述虚拟物体产生所述控制信号；以及发送所述控制信号至所述信号发生器。

例如，所述的触觉反馈装置还包括处理设备；所述处理设备被配置为：确定所述目标位置处的虚拟物体；根据所述虚拟物体产生所述控制信号；以及发送所述控制信号至所述信号发生器。

例如，所述连接结构包括：外壳和位于所述外壳内部的信号线；所述信号线被配置为将所述控制信号从所述可穿戴设备传输至所述信号发生器。

例如，所述外壳为可形变材质；以及所述可形变材质包括金属。

例如，所述连接结构为可形变的长杆。

例如，所述触觉反馈装置包括多个连接结构和多个信号发生器，所述多个连接结构与所述多个信号发生器一一对应连接；所述多个连接结构分散地设置于所述可穿戴设备；以及所述多个连接结构的长度不相等。

例如，所述可穿戴设备包括第一无线收发器，所述信号发生器包括第二无线收发器，所述可穿戴设备和所述信号放生器通过所述第一无线收发器和所述第二无线收发器进行通信。

例如，所述可穿戴设备包括传感器，被配置为检测所述目标位置。

例如，所述可穿戴设备还包括：存储器，被配置为存储多个虚拟物体的位置信息；以及处理器，被配置为依据所述多个虚拟物体的位置信息，识别所述目标位置处的虚拟物体。

例如，所述存储器，还被配置为存储所述多个虚拟物体的属性信息；所述处理器，还被配置为：依据所述多个虚拟物体的属性信息，获取所述目标位置处的虚拟物体的属性信息；以及依据所述目标位置处的虚拟物体的属性信息生成所述控制信号。

例如，所述信号发生器的外形为球状或者漏斗状。

例如，所述信号发生器包括光信号发生器、电信号发生器、风信号发生器、震动器和冷热信号发生器中的一个或多个。

本公开的至少一个实施例还提供一种触觉反馈方法，包括：检测目标位置；确定所述目标位置处的虚拟物体；根据所述虚拟物体产生控制信号；以及依据所述控制信号产生感知信号，并输出所述感知信号。

例如，所述确定所述目标位置处的虚拟物体，包括：获取存储的多个虚拟物体的位置信息；依据所述多个虚拟物体的位置信息，识别所述目标位置处的虚拟物体。

例如，根据所述虚拟物体产生所述控制信号，包括：获取存储的所述多个虚拟物体的属性信息；依据所述多个虚拟物体的属性信息，获取所述目标位置处的虚拟物体的属性信息；以及依据所述目标位置处的虚拟物体的属性信息生成所述控制信号。

例如，所述依据所述控制信号产生所述感知信号，包括：依据所述控制信号产生光信号、电信号、风信号、震动信号、冷信号和热信号中的一个或多个。

本公开实施例提供的触觉反馈装置和方法，使得用户的感官体验更加丰富，而且更加真实。

附图说明

为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅涉及本公开的一些实施例，而非对本公开的限制。

图1为本公开实施例提供的一种触觉反馈装置的结构示意图；

图2为本公开实施例提供的一种触觉反馈装置的实物示意图；

图3为本公开实施例提供的一种触觉反馈装置应用场景图；

图4为本公开实施例提供的一种触觉反馈方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述参考在附图中示出并在以下描述中详述的非限制性示例实施例，更加全面地说明本公开的示例实施例和它们的多种特征及有利细节。应注意的是，图中示出的特征不是必须按照比例绘制。所给出的示例仅旨在有利于理解本公开示例实施例的实施，以及进一步使本领域技术人员能够实施示例实施例。因而，这些示例不应被理解为对本公开的实施例的范围的限制。

除非另外特别定义，本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。此外，在本公开各个实施例中，相同或类似的参考标号表示相同或类似的构件。

虚拟现实(virtualreality)技术是仿真技术、计算机图形学人机接口技术、多媒体技术、传感技术和网络技术等多种技术的集合。在一个虚拟现实技术对应的系统中，用户可以看到并去触摸一个虚拟的物体。为了模拟手真正接触该虚拟物体的感觉，虚拟现实技术常用的装置是在手套内层安装一些可以振动的触点或者通过手持感应柄处传来的震动来模拟触觉。但是，上述方式的缺点也是明显的。例如，手柄和手套内的震动触点只能模拟很小一部分实物的触觉，并且手套还将手与空气隔离，因此舒适度不佳。

下面结合图1-4，对本公开实施例提供的一种触觉反馈装置及方法的具体实施方式进行详细说明。

如图1所示，本公开的实施例提供一种触觉反馈装置100，可以用于虚拟现实技术中。该触觉反馈装置100包括：至少一个连接结构160(例如图1中的160a、160b、160c等)、可穿戴设备101和至少一个信号发生器180(例如图1中的180a、180b、180c等)。所述连接结构160的一端与所述可穿戴设备101相连，所述连接结构160的另一端与所述信号发生器180相连。图1中的箭头表征的连接结构160仅用于说明可穿戴设备101与信号发生器180之间可以通过连接结构160的两端相连接，而对于连接结构160的具体结构可以参考如下实施例。

上述可穿戴设备101可以被配置为执行如下操作：检测目标位置；确定所述目标位置处的虚拟物体；根据所述虚拟物体产生控制信号；以及发送所述控制信号至所述信号发生器。

上述信号发生器180可以被配置为依据可穿戴设备101产生的控制信号产生感知信号，并输出感知信号。进一步的，该感知信号将被感知动作(例如，触摸动作)发出者的手部感知。

在一些实施例中，上述控制信号可以采用有线方式进行传输。相应的，所述连接结构160可以包括：外壳和位于所述外壳内部的信号线。所述信号线被配置为将所述控制信号从可穿戴设备101传输至信号发生器180。例如，信号线为由多条电缆线构成的一束或多束传输线，信号线的载体可以为金属或其它载体，如光缆等。

在一些实施例中，所述外壳采用可形变可弯折材质。例如，所述可形变可弯折材质可以包括铁、铜或铝等金属。例如，采用金属载体的信号线组成多束传输线，该多束传输线可以分布于金属壳体内部。

在一些实施例中，上述控制信号采用无线方式传输，具体的，可以采用短距离无线传输技术。相应的连接结构160可以为可形变的长杆。所述可变形长杆也采用可形变可弯折的材质。具体地，可形变可弯折材质包括铁、铜或铝等金属。例如，采用铁杆作为连接结构160，该铁杆连接结构160的一端连接可穿戴设备101，另一端连接一个信号发生器180。例如，短距离无线传输技术包括蓝牙、超宽带或者wifi等。例如，可穿戴设备101可以包括第一无线收发器，信号发生器180包括第二无线收发器，可穿戴设备101和信号放生器180可以通过第一无线收发器和第二无线收发器进行通信。

在一些实施例中，触觉反馈装置100可以同时采用有线方式传输或无线方式之一传输生成的控制信号。此时，相应的连接结构160为采用外壳和外壳内部布置信号线的方式实现。为了同时实现采用无线方式传输控制信号的目的，可穿戴设备101可以包括第一无线收发器，信号发生器180包括第二无线收发器。当触觉反馈装置100工作于被无线网络覆盖的环境时，可以采用无线方式传输生成的控制信号。当触觉反馈装置100工作于无网络覆盖的环境时，或者网络覆盖信号不好时，均可以采用有线的方式即采用连接结构160内部的信号线传输生成的控制信号。

在一些实施例中，触觉反馈装置100包括多个连接结构160和多个信号发生器180，连接结构160与信号发生器180之间一一对应连接。即，一个连接结构160与一个信号发生器180相连接，其中，多个信号发生器180可以属于不同的种类，分别生成和输出不同的感知信号。

各连接结构160分散地设置于可穿戴设备101上。例如，可穿戴设备101为手环时，连接结构160分散连接于手环上。

为了使手的各部分分别感知触摸虚拟物体的感受，在一些实施例中各所述连接结构160的长度可以不相等。例如，相应于手掌位置处设置一个较短的连接结构160，而对于指尖部分设置相对较长的连接结构160。在另一些实施例中，也可以通过弯折各连接结构160达到使手的不同部位分别感知触觉信号的目的，这种情况下各连接结构160的长度可以相等或相近似。

在一些实施例中，为了达到模拟不同虚拟物体的感知效果，可以采用不同数量不同种类的多个信号发生器。也就是通过调整信号发生器180的数量和种类模拟各种不同虚拟物体给人的知觉。例如，触摸的虚拟物体为热度较低的虚拟物体时，可以采用两个热信号发生器发热；如果要触摸的虚拟物体为发烫的虚拟物体时，可以采用五个甚至六个热信号发生器同时发热。

在一些实施例中，可穿戴设备101可以包括传感器108。该传感器108可以被配置为检测所述目标位置。目标位置即用户试图要感知(例如，触摸)的虚拟物体所在的位置。该目标位置可以采用位置信息表征，例如，采用二维坐标或者三维坐标作为位置信息。例如，传感器108可以采用位置传感器。在一些例子中，该传感器108可以根据用户的手移动的轨迹来确定所述目标位置。例如，用户的手所指向的位置即为目标位置。

在一些实施例中，可穿戴设备101还可以包括：存储器103，以及处理器102。存储器103可以被配置为存储多个虚拟物体的位置信息，处理器102可以被配置为依据存储器103所存储的多个虚拟物体的位置信息，识别所述目标位置处的虚拟物体。具体地，存储器103存储各位置处对应的虚拟物体，当处理器102读取了目标位置后，可以采用匹配策略找到目标位置处的虚拟物体。例如，存储器103中存储了空间位置(1,1,1)处的虚拟物体为冰块，当用户触摸空间位置(1，1，1)时，则处理器103会通过判断得到此时用户触摸的虚拟物体为冰块。

在一些实施例中，也可以在虚拟物体上设置标识信息，之后由处理器102通过判断该标识信息进而识别该虚拟物体。例如，将所有虚拟物体进行统一编码，每一个虚拟物体对应一个唯一的编码标识，每一个虚拟物体采用一个标识信息表征。相应的，存储器103可以存储标识信息与虚拟物体的对应关系的映射表。具体地，当用户触摸目标位置处的虚拟物体时，可以通过读取目标位置处虚拟物体上存储的标识信息，之后由处理器102通过分析标识信息获得目标位置处的虚拟物体。例如，可以采用二维码等存储编码标识信息。

上述虚拟物体的种类可以包括不同温度的物体或者导电体等可能被用户触摸感知的现实世界中所有物体。例如，当触摸有危险的虚拟物体时还可以发出报警信号。

在一些实施例中，存储器103还可以被配置为存储所述多个虚拟物体的属性信息；处理器102还被配置为：依据所述多个虚拟物体的属性信息，获取所述目标位置处的虚拟物体的属性信息；以及由处理器102依据目标位置处的虚拟物体的属性信息生成相应的控制信号。

例如，上述属性信息为能够表征虚拟物体的感知特征的信息，例如，表征虚拟物体的触觉特征的信息。例如，当虚拟物体为冰块时，相应的属性信息可以为凉；当虚拟物体为玉手镯时，相应的属性信息可以为光滑等。

此外，在一些实例中，触觉反馈装置100还可以包括处理设备(图中未示出)。可以仅在可穿戴设备101上设置感知位置的传感器108，而上述存储器103和处理器102的全部或者部分功能可以设置在该处理设备中实现。相应的，可穿戴设备101上需要设置发送器将目标位置传输至该处理设备，由该处理设备识别出目标位置处的虚拟物体，并进一步由该处理设备得到虚拟物体的属性信息并最终生成控制信号，并将控制信号发生给信号发生器180。例如，可以由该处理设备通过无线通道将控制信号发送至信号发生器180，或者由该处理设备将控制信号发送至可穿戴设备101，之后再由可穿戴设备101通过有线或者无线的方式将控制信号发送至信号发生器180。

在一些实施例中，信号发生器180的外形可以为球状或者漏斗状。当采用球状信号发生器时，该球状发生器向空间各个方向输出感知信号，因此此时手掌或者手指的放置位置较灵活。当采用漏斗状或者其他形状的信号发生器时需要分析手指或者手掌相对于信号发生器的位置，以便于使信号发生器输出的感知信号能够被手掌或者手指进行感知。该感知信号由信号发生器180依据控制信号产生。

在一些实施例中，信号发生器180可以包括多种种类，其中每一种类的信号发生器可产生一种单一或者复合的感知信号。例如，信号发生器的种类具体可以包括光信号发生器、电信号发生器、风信号发生器、震动器和冷热信号发生器中的一个或多个。

例如，电信号发生器通过两电极产生能使人有轻微震动或刺感的电流、风信号发生器通过可加热和制冷的微型风扇产生气流从末端喷出，等等。

在一些实施例中，上述可穿戴设备101可以包括手环、可穿戴腕带、可穿戴臂环或可穿戴戒指等。

下面图2和图3将以智能手环为例进一步介绍本公开的实施例。

下述技术方案涉及的智能手环可以为完整手环或有缺口的手环，对于有缺口的手环只需要保证能被用户佩戴在手腕上即可。

如图2所示，本公开实施例提供了一种采用智能手环201作为可穿戴设备101，并采用球状发生器280作为信号发生器180的触觉反馈装置。连接结构260可以采用外壳和外壳内设置信号线的结构，也可以采用一个长杆，该长杆仅用于支撑和固定各个信号发生器。当采用一个长杆作为连接结构时，智能手环20需要采用无线收发器向信号发生器280发送控制信号，或者采用无线收发器发送或者接收与智能手环201有关的信号。例如，与智能手环201有关的信号包括但不限于目标位置信号。各连接结构260的长度不相等。

如图3所示，本公开实施例提供了一种采用图2的触觉感知装置200触摸空间虚拟物体的示意图。用户佩戴触觉感知装置310(相应于图2的触觉反馈装置200)，并触摸空间的某一位置a，该位置a处放置一个五角形的发热单元320。

上述触觉反馈装置310的工作过程如下：当用户佩戴触觉反馈装置310并触摸空间中放置发热体320的a点时，触觉反馈装置310的智能手环读取目标位置a的坐标信息，之后再根据坐标信息判断目标位置处的虚拟物体为一个五角形的发热体320。智能手环根据发热体的属性信息再产生控制信息，进而控制相应的球状信号发生器产生热辐射信号，因此，用户可以感知到热信号发生器辐射的发热信号。

触觉反馈装置310集成了位置感知功能，虚拟物体识别功能以及控制信号产生功能。为了实现这些功能，触觉反馈装置310的智能手环上需要设置处理器、存储器以及传感器。处理器从存储器读取指令代码、从传感器读取位置感知数据并读取存储器预先存储的相关数据(例如，相关数据可以包括位置信息与虚拟物体的对应关系表或者虚拟物体与属性信息的对应关系表)，并根据读取的数据执行相应功能并最终输出控制信号。触觉反馈装置310可以通过有线或者无线的方式向信号发生器输出产生的控制信号。各个信号发生器响应于相应的控制信号产生感知信号，并向各信号发生器周围进行输出。

在一些实施例中，触觉反馈装置310包含的智能手环可以仅用于实现位置感知功能，而对于虚拟物体的识别功能和属性信息获取功能均由处理设备实现。智能手环将感知的位置信息(即，目标位置)发送至处理设备，并由处理设备执行虚拟物体识别或者属性信息获取的部分或者全部功能。之后，可以由智能手环通过有线和无线的方式向各个信号发生器发送控制信号。各个信号发生器响应于相应的控制信号产生感知信号，并向各信号发生器周围进行输出。

在一些实施例中，智能手环还设置检测单元(图中未示出)，该检测单元能够实时或者周期性检测目标位置。如果检测单元发现目标位置变化后，可以通知处理器102依据新的目标位置获取虚拟物体并最终生成控制信号。相应的，目标位置变化后，处理器102可以生成用于关闭当前开启的信号发生器的指令。

如图4所示，本公开实施例还提供一种触觉反馈方法400。该触觉反馈方法400可以包括：步骤401，检测目标位置；步骤411，确定所述目标位置处的虚拟物体；步骤421，根据所述虚拟物体产生控制信号；以及步骤431，依据所述控制信号产生感知信号，并输出所述感知信号。

在一些实施例中，检测目标位置可以由传感器感知的手的触摸位置而得到。具体的，可以将手掌的中心位置或者手的指尖位置作为目标位置，也可以结合虚拟物体的特征进一步判断是将手掌的中心位置还是将指尖位置作为目标位置。例如，对于需要手掌才能抓握的虚拟物体可以采用手掌中心位置作为目标位置(鸡蛋等虚拟物体)，对于需要指尖触碰的虚拟物体可以将手指尖的位置作为目标位置(某些按钮键等)。此外，还可以将手的指向位置作为目标位置，相应的传感器需要读取相应手指的指向信息。

在一些实施例中，确定所述目标位置处的虚拟物体具体可以采用目标位置与虚拟物体对应关系表获得目标位置处的虚拟物体。例如，预先存储各个位置与虚拟物体的对应关系表，采集当前手指的目标位置，通过查找对应关系表获得位于目标位置处的虚拟物体。目标位置可以采用二维或者三维坐标进行表征。也可以采用标号等字符串进行表征，这时需要对各个放置虚拟位置的位置点进行统一编码，一个虚拟物体与一个编码对应，采用编码表征触摸的目标位置。相应的关系表需要存放编码与虚拟物体的对应关系。

在一些实施例中，根据所述虚拟物体产生控制信号具体可以为通过虚拟物体的属性信息产生相应的控制信号。或者直接根据虚拟物体产生相应的控制信号，也就是通过预先分析虚拟物体的感知效果进而生成相应的控制信号，当判断出虚拟物体后直接可以读取相应的控制信号。

上述的控制信号可以为使相应信号发生器启动工作的开启信号或者关闭信号，此外还可以是使得相应信号发生器改变信号强度的信号等。具体的控制信号携带的信息可以依据触摸的虚拟物体的实际特征实时进行调整。

例如，步骤411包含的确定所述目标位置处的虚拟物体，具体可以包括：获取存储的多个虚拟物体的位置信息；依据所述多个虚拟物体的位置信息，识别所述目标位置处的虚拟物体。在一些实施例中，虚拟物体对应的位置可以为一个坐标范围，也可以为虚拟物体中心处的坐标。采用一个坐标范围与虚拟物体对应时，如果目标位置落在某个虚拟物体b的坐标范围时则可知此时触摸的虚拟物体为b；或者如果目标位置落在与某个虚拟物体c的外边缘相近的某个范围时(通过设定阈值调整该范围大小)，则可知此时触摸的虚拟物体为c。采用一个坐标值表征各虚拟物体的位置信息时，如果目标位置与某个虚拟物体d的坐标值相同时，则目标位置处的虚拟物体为d；如果目标位置与某个虚拟物体e的坐标值的差的绝对值足够小(例如该差值小于预定的阈值)，则目标位置处的虚拟物体为e。

例如，步骤421根据所述虚拟物体产生所述控制信号可以包括：获取存储的所述多个虚拟物体的属性信息；依据所述多个虚拟物体的属性信息，获取所述目标位置处的虚拟物体的属性信息；以及依据所述目标位置处的虚拟物体的属性信息生成所述控制信号。例如，属性信息种类可以包括，凉、热、光滑、粗糙、振动等。例如，依据属性信息产生控制信号可以为根据属性信息判断需要开启的信号发生器，并根据属性信息判断信号发生器产生的感知信号的强度或频率等特征信息，之后将该开启信号与特征信息依据通信协议进行封装，生成最终的控制信号。

例如，步骤431依据所述控制信号产生所述感知信号可以包括：依据所述控制信号产生光信号、电信号、风信号、震动信号、冷信号和热信号中的一个或多个。在一些实施例中，控制信号可以携带光信号的强度信息、或者振动信号的振动频率与振动幅度信息，或者冷热信号的强度信息等。

在一些实施例中，用户触摸结束时，控制信号还可以包括关闭相应信号发生器的信号指令。

在一些实施例中，还包括实时监测目标位置是否发生变化的步骤，通过这个步骤可以更新目标位置，并依据更新后的目标位置重复执行上述步骤411至步骤431的操作。

在一些实施例中，由各个信号发生器响应于控制信号分别产生光信号、电信号、风信号、震动信号、冷信号和热信号中的一个或多个。

本公开实施例在用户手腕处安装传感手环，并有电流、风力发生器通过手环连接悬在手掌周围，当用户的手移动到虚拟物体所处坐标时球状发生器会根据该物体的质地(即属性信息)在手掌周围发出微弱电流、风、冷热等刺激模拟该物体的触感，使得感官体验更加丰富，而由于皮肤裸露在空气中接触到模拟触感，所以用户体验更加真实。

以上所述，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本公开揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。