一种基于五要素的刚性纹理图像力触觉生成方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及纹理图像的力触觉生成，尤其是一种基于五要素的刚性纹理图像力触 觉生成方法，结合刺穿深度、表面法矢、表面刚性系数、表面滑动摩擦系数和表面阻尼系数 这五个要素，求解并输出稳定且连续的力触觉，属于计算机图形学和虚拟现实力触觉再现
技术领域。
【背景技术】
[0002] 图像信息主要是通过人的视觉感知，然而，对于盲人的弱势群体而言，是难以通过 视觉看到图像，感知替代成为盲人感知图像的必然选择。盲人通过力触觉或听觉等感知功 能替代视觉来认识图像，力触觉是最主要的视觉感知替代方式。
[0003] 前人对刚性纹理图像的感知进行了很多研宄。Mercier提出了 4种依据像素亮度 求解像素点高度值的方法，通过虎克定律计算像素点的作用力，反馈给用户。Wu通过高斯滤 波提取纹理图像高频部分，作为纹理图像的纹理细节，将高频部分振幅作为像素点高度值， 计方法向力和摩擦力，生成纹理力触觉。Adi采用小波变换提取图像中的纹理细节信息，把 纹理像素点的灰度值映射为像素点的空间深度，进行力触觉渲染。李佳璐使用SFS技术， 基于纹理图像中表现信息，得到纹理图像像素点高度，基于图像平面将像素点高度作为穿 刺深度，进行力渲染。田磊通过PDE方法对图像纹理进行分解，分别得到图像主要轮廓和 细节纹理，对于主要轮廓中的像素点用SFS方法求出像素点高度，三维重构出主要轮廓，用 God-object方法，渲染力触觉，而对于细节纹理中的像素点部分，没有三维重构，以像素点 的灰度值，应用胡克定律计方法向力，用摩擦力公式得到切向力，生成纹理力触觉。
[0004] 虽然这些方法可以用于刚性体纹理图像力触觉渲染，但是这些方法以抖动或振动 的方式感知纹理细节的像素点，并且不能感知纹理细节像素点之间的力触觉。
【发明内容】
[0005] 为了解决【背景技术】中存在的问题，本发明提出了一种基于五要素的刚性纹理图像 力触觉生成方法，用于感知刚性纹理图像。对纹理图像进行区域归组和像素点高度值获取， 转化为三维纹理图形后，给不同的区域组赋予不同的物理属性，基于五要素求解刚性纹理 图像的力触觉，可生成逼真的力触觉。
[0006] 本发明采用的技术方案是包括以下步骤：
[0007] 1)对刚性纹理图像进行区域归组和像素点高度值获取，重构转化为三维纹理图 形；
[0008] 2)给不同的区域组赋予物理属性，操纵力触觉交互设备进行人机交互，基于五要 素求解刚性纹理图像的力触觉^\，生成逼真的刚性图像的力触觉。
[0009] 所述步骤2)的五要素包括刺穿深度、表面法矢、表面刚性系数、表面滑动摩擦系 数和表面阻尼系数。
[0010] 所述步骤2)中，对于不同的区域组赋予不同的物理属性，物理属性包括刚度、粗 糙度和粘度。
[0011] 所述步骤2)刚性纹理图像的力触觉力由法向力瓦、摩擦力Fii和阻尼力瓦构 成：
[0012]
【主权项】
1. 一种基于五要素的刚性纹理图像力触觉生成方法，其特征在于： 1) 对刚性纹理图像进行区域归组和像素点高度值获取，重构转化为三维纹理图形； 2) 给不同的区域组赋予物理属性，操纵力触觉交互设备进行人机交互，基于五要素求 解刚性纹理图像的力触觉戶。，生成逼真的刚性图像的力触觉。
2. 根据权利要求1所述的一种基于五要素的刚性纹理图像力触觉生成方法，其特征在 于：所述步骤2)的五要素包括刺穿深度、表面法矢、表面刚性系数、表面滑动摩擦系数和表 面阻尼系数。
3. 根据权利要求1所述的一种基于五要素的刚性纹理图像力触觉生成方法，其特征在 于：所述步骤2)中，对于不同的区域组赋予不同的物理属性，物理属性包括刚度、粗糙度和 粘度。
4. 根据权利要求1所述的一种基于五要素的刚性纹理图像力触觉生成方法，其特征在 于：所述步骤2)刚性纹理图像的力触觉瓦由法向力瓦、摩擦力歹，和阻尼力戶构成： Fg - Fn + F μ + Fe 其中，法向力户,,=J; , k为刚性纹理图像表面的刚性系数，Z为刺穿深度；摩擦力 F, ，μ为刚性纹理图像表面的滑动摩擦系数；阻尼力瓦=-cf，c为刚性纹理图 像表面的阻尼系数，为力触觉反馈设备交互点在刚性纹理图像表面形成的代理点的移动 速度。
5. 根据权利要求4所述的一种基于五要素的刚性纹理图像力触觉生成方法，其特征在 于：所述的力触觉巧方向为法向力方向、摩擦力I方向和阻尼力艮方向的矢量合。
6. 根据权利要求4所述的一种基于五要素的刚性纹理图像力触觉生成方法，其特征在 于：所述的法向力艮方向与刚性纹理图像的表面法矢相同。
7. 根据权利要求4所述的一种基于五要素的刚性纹理图像力触觉生成方法，其特征在 于：所述的阻尼力艮:和摩擦力Fif的方向相同，与力触觉反馈设备交互点在刚性纹理图像 表面形成代理点的移动速度方向相反。
8. 根据权利要求4所述的一种基于五要素的刚性纹理图像力触觉生成方法，其特征在 于：所述的法向力友"包含五要素中的刺穿深度、表面法矢和表面刚性系数，所述的摩擦力 Fai包含五要素中的表面滑动摩擦系数，所述的阻尼力叉包含五要素中的表面阻尼系数。
【专利摘要】本发明公开了一种基于五要素的刚性纹理图像力触觉生成方法，用于感知刚性纹理图像。对纹理图像进行区域归组和像素点高度值获取，转化为三维纹理图形后，给不同的区域组赋予不同的物理属性，基于刺穿深度、表面法矢、表面刚性系数、表面滑动摩擦系数和表面阻尼系数这五个要素，生成纹理图像中不同对象的力触觉。相对于前人的方法，本方法创新之处在于构建了纹理细节的三角面片，可以感知纹理细节像素点之间细微的力触觉，输出稳定且连续的力触觉，提高了力触觉的真实度。
【IPC分类】G06T17-00, G06T7-00
【公开号】CN104766317
【申请号】CN201510150004
【发明人】杨文珍, 黄欣, 吴新丽
【申请人】浙江理工大学
【公开日】2015年7月8日
【申请日】2015年3月31日