有针对性的触觉投射的制作方法

一种实施例一般而言涉及触觉系统，并且特别涉及提供投射触觉功能(projected haptic functionality)的系统。

背景技术：

“触觉”涉及触感和力反馈技术，其通过向用户施加诸如力、振动和运动的触觉反馈效果(即，“触觉效果”)来利用用户的触摸感觉。诸如移动设备、触摸屏设备和个人计算机的设备可以被配置成生成触觉效果。一般而言，对能够生成触觉效果的嵌入式硬件(诸如致动器)的调用可以在设备的操作系统(“OS”)内编程。这些调用指定要播放的触觉效果。例如，当用户使用例如按钮、触摸屏、控制杆、操纵杆、轮或一些其它控件与设备交互时，设备的OS可以通过控制电路系统向嵌入式硬件发送播放命令。然后，嵌入式硬件产生适当的触觉效果。

技术实现要素：

一种实施例是提供触觉功能的系统。该系统确定用户的身体区域相对于触觉设备的位置的位置，其中触觉设备包括超声波发射器。然后该系统确定触觉效果，并且通过触觉设备的超声波发射器将触觉效果投射到用户的身体区域。

附图说明

图1是根据本发明的实施例的计算机服务器/系统的框图。

图2-7图示根据本发明的实施例的用于提供触觉功能的示例性系统。

图8和9是根据本发明的实施例的当执行触觉功能时图1的投射触觉模块的操作的流程图。

具体实施方式

一种实施例提供用于情境化触觉反馈和/或通知的投射触觉功能。在一种实施例中，一个或多个非接触触觉设备(例如，使用超声波提供触觉效果的设备)用于将触觉效果投射到用户。在一些实施例中，投射触觉效果可以与通知相关联，该通知与例如需要提供给用户的消息、服务或警报相关。在一些替代或附加实施例中，投射触觉效果可以被用于游戏、肌肉刺激、智能触觉激活(例如，改变“智能材料致动器”的致动状态，所述“智能材料致动器”是柔性的、可变形的致动器，诸如压电、电活性聚合物(“EAP”)、形状记忆合金(“SMA”)、离子聚合物金属复合材料(“IPMC”)等)、虚拟现实交互、用于视觉障碍的指导、理疗按摩等。

图1示出根据本发明的一种实施例的系统10的框图。在一种实施例中，系统10是提供投射的(基于非接触的)触觉功能的设备的一部分。在一种实施例中，设备在不与用户物理接触的情况下将触觉效果投射到用户。

虽然被示为单个系统，但是系统10的功能可以被实现为分布式系统。系统10包括用于传送信息的总线12或其它通信机制，以及包括耦合到总线12用于处理信息的处理器22。处理器22可以是任何类型的通用或专用处理器。系统10还包括用于存储信息和要由处理器22执行的指令的存储器14。存储器14可以包括以下的任意组合：随机存取存储器(“RAM”)、只读存储器(“ROM”)、诸如磁盘或光盘的静态存储装置、或任何其它类型的暂时或非暂时性计算机可读介质。

计算机可读介质可以是可以由处理器22访问的任何可用的暂态或非暂态介质，并且可以包括易失性介质和非易失性介质、可移除介质和不可移除介质、通信介质以及存储介质。通信介质可以包括计算机可读指令、数据结构、程序模块或诸如载波或其它传输机制的调制数据信号中的其它数据，并且可以包括本领域中已知的任何其它形式的信息传递介质。存储介质可以包括RAM、闪存存储器、ROM、可擦除可编程只读存储器(“EPROM”)、电可擦除可编程只读存储器(“EEPROM”)、寄存器、硬盘、可移除盘、压缩盘只读存储器(“CD-ROM”)或本领域中已知的任何其它形式的存储介质。

在一种实施例中，存储器14存储当由处理器22执行时提供功能的软件模块。模块包括为系统10以及在一种实施例中为移动设备的其余部分提供操作系统功能的操作系统15。模块还包括提供如本文更详细公开的投射触觉功能的投射触觉模块16。在某些实施例中，投射触觉模块16可以包括多个模块，其中每个模块提供用于提供投射触觉效果的特定个别功能。系统10通常包括一个或多个附加的应用模块18以包括附加的功能，诸如来自Immersion公司的TouchSense ^TM软件。

在从远程源传输和/或接收数据的实施例中，系统10还包括通信设备20(诸如网络接口卡)以提供移动无线网络通信，诸如红外线、无线电、Wi-Fi、蜂窝网络通信等。在其它实施例中，通信设备20提供有线网络连接，诸如以太网连接、调制解调器等。

系统10还包括通过发射超声波来投射触觉效果的触觉输出设备26。一般而言，超声波是频率高于人类听觉上限的声波。一些超声波设备以20kHz至几千兆赫兹的频率工作。在一种实施例中，触觉输出设备26包括用于发射超声波的换能器阵列(或发射器阵列)。换能器阵列可以是线性阵列、凸阵列、参数阵列、矩阵阵列、相控阵列、声阵或本领域中已知并且能够发射超声波的任何其它换能器阵列。换能器阵列的元件可以包括压电换能器、电容微加工换能器(“CMUT”)或本领域中已知并且能够发射超声波的任何其它阵列元件。在此类实施例中，模块18可以包括用于生成超声波驱动信号以生成如本文所公开的基于超声波的触觉效果的附加功能。

另外，在其它替代实施例中，系统10可以不包括触觉输出设备26，并且与系统10分离的设备包括生成投射触觉效果的触觉输出设备，并且系统10通过通信设备20向该设备发送生成的触觉信号。

在一种实施例中，系统10还包括扬声器28。处理器22可以将音频信号传输到扬声器28，扬声器28又输出音频效果。扬声器28可以是例如动态扩音器、电动扩音器、压电扩音器、磁致伸缩扩音器、静电扩音器、带及平面磁性扩音器、弯曲波扩音器、平板扩音器、带状空气运动换能器、等离子弧扬声器和数字扩音器。在替代实施例中，除了扬声器28之外，系统10还可以包括一个或多个附加的扬声器(图1中未示出)。另外，在其它替代实施例中，系统10可以不包括扬声器28，并且与系统10分离的设备包括输出音频效果的扬声器，并且系统10通过通信设备20向该设备发送音频信号。

在一种实施例中，系统10还包括传感器30。传感器30可以被配置成检测能量的形式或其它物理性质，诸如但不限于，声音、移动、加速度、生物信号、距离、流量、力/压力/应变力/弯曲、湿度、线性方位、朝向/倾斜、射频、旋转方位、旋转速度、开关的操作、温度、振动、可见光强度等。传感器30还可以被配置成将检测到的能量或其它物理性质转换为电信号或表示虚拟传感器信息的任何信号。传感器30可以是任何设备，诸如但不限于，加速度计、皮肤电反应传感器、电容传感器、霍尔效应传感器、红外传感器、超声波传感器、压力传感器、光纤传感器、挠曲传感器(或弯曲传感器)、力敏电阻器、负载单元、LuSense CPS2 155、微型压力换能器、压电传感器、应变计、湿度计、线性方位触摸传感器、线性电位计(或滑块)、线性可变差分变压器、指南针、测斜器、磁性标签(或射频标识(RFID))标签)、旋转编码器、旋转电位计、陀螺仪、通断开关、温度传感器(诸如温度计、热电偶、电阻温度检测器、热敏电阻、温度换能集成电路等)、麦克风、光度计、高度计、生物监视器、相机、光敏电阻器等，或输出心电图、脑电图、肌电图、眼电图、颚位图或任何其它电生理输出的任何设备。

在替代实施例中，除了传感器30之外，系统10还可以包括一个或多个附加传感器(图1中未示出)。在这些实施例中的一些实施例中，传感器30和一个或多个附加传感器可以是传感器阵列的一部分，或者是传感器的一些其它类型的集合/布置。另外，在其它替代实施例中，系统10可以不包括传感器30，并且与系统10分离的设备包括检测能量的形式或其它物理性质并且将检测到的能量或其它物理性质转换为电信号或表示虚拟传感器信息的其它类型信号的传感器。然后，设备可以通过通信设备20将转换后的信号发送到系统10。

一般而言，一些已知的系统向用户提供非触觉警报。例如，在一些已知的系统中，非触觉警报机制(诸如闹钟或环境照明的改变)被用于唤醒睡觉的用户。但是，这种警报对于唤醒一些用户可能不够有效。而且，这种警报会不利地影响在预期用户附近的其他用户(例如，在预期用户旁边的睡觉的配偶或孩子)。

与已知系统相反，本发明的实施例使用非接触式触觉设备来提供仅针对具体用户的有针对性的触觉效果。一些实施例将情景触觉效果安静地直接指向具体用户(或用户组)，而不干扰紧邻的次要(secondary)用户(或用户组)。实施例投射触觉效果，因此不需要嵌入在与用户接触的设备/物体(诸如手持式设备(例如，控制器或移动电话)、可穿戴设备(例如，手表或健身手环)或家具(例如，床或椅子))中的触觉输出设备。一种实施例通过将超声波模式聚焦在用户身体的具体区域上来向用户施加超声波振动。可以通过图像识别或本领域中已知的任何其它类似功能来检测该区域。因而，实施例可以提供针对用户身体的具体区域的投射触觉效果。

在各种实施例中，针对用户的具体身体区域的投射触觉模式可以例如安静地提供警报以轻推用户以将其从睡眠中唤醒、提醒用户有进入的通信(例如，电话/视频通话、消息等)、模拟对游戏中的事件的反应(例如，感觉环境元素(诸如风)、感觉游戏中的交互(诸如按钮点击或切换激活)、感觉玩家状态的改变(诸如玩家受伤或者给玩家的健康或护盾升级等)、按摩用户的具体身体区域、向视觉障碍用户提供指导、在观看媒体时向用户呈现触觉效果等等。

在一些实施例中，例如，为了唤醒用户，可以引发床罩以对用户(而不对附近的另一个用户)身体的具体区域生成静电触觉效果。类似地，触觉致动器可以嵌入在床或枕头中，以提供触觉效果(例如，振动效果)来唤醒用户。但是，嵌入式致动器和/或所产生的触觉效果对于用户来说可能是不舒服的。另外，这种警报系统不是远程系统，由此不提供远程系统的舒适性、灵活性、耐久性或任何其它益处。相比之下，基于超声波的触觉效果可以从远程位置生成并投射给用户，因此不会造成用户的不适。

在一些实施例中，例如，在游戏或虚拟现实系统中，可以使用空气的定向吹气来向用户提供触觉效果。但是，这些系统通常是嘈杂的，因此对一些用户是不期望的。相比之下，基于超声波的触觉效果可以安静地生成并投射。

一些实施例可以使用水理疗技术来向用户施加反馈，而不干扰紧邻的次要用户。例如，可以应用热水/冷水来按摩用户而不影响另一个附近的用户。但是，这些实施例仅适用于水环境。相比之下，基于超声波的触觉效果可以在非水环境中生成并投射。

一般而言，可以使用参数阵列来传输超声波。参数阵列是一种换能器阵列，其通过高频声波的混合和交互来提供非线性换能，以生成窄的、几乎无旁瓣的低频声束，从而有效地克服与线性声学相关联的衍射限制。作为两个高频声束在其不同频率下的非线性混合的结果，产生低频声音的主要的无旁瓣波束。照此，换能器可以投射足够强大的(例如，在100至110dBSPL)的窄调制超声波束，以从根本上改变声音在其通过的空气中的速度。波束内的空气非线性地行进并从超声波中提取出调制信号，从而产生只能沿着波束的路径被听到的声音，或者看起来是从波束撞击的任何表面辐射的声音。这允许声束在长距离上被投射并且只在小的良好定义的区域中被听到，使得在该波束之外的聆听者听不到任何声音。这种声音的超声波传输也被称为超声波声音。

实施例还可以包括可以使用时间反转信号处理来聚焦波的时间反转镜(“TRM”)。时间反转信号处理可以被用于聚焦波，诸如超声波。时间反转是基于波动方程的互易性：给出波动方程的解，那个解的时间反转(使用负时间)也是解。时间反转可以被建模为匹配滤波器。如果增量函数是原始信号，那么在TRM处的接收信号是信道的冲激响应。TRM通过相同的信道发送回冲激响应的反转版本，从而有效地自相关它。这个自相关函数(function)在原始来源所在的起点处具有峰。

在一种实施例中，参数阵列可以被用于传输在用户的身体区域上造成触觉感觉的超声波，并且TRM可以被用来将超声波聚焦在用户的身体区域上。在各种实施例中，任何已知的系统可以被用来实现超声波技术，以提供触觉效果，例如，如在“B.Long，S.A.Seah，T.Carter and S.Subramanian，Rendering Volumetric Haptic Shapes in Mid-Air Using Ultrasound，第33卷，第7期，ACM Transactions on Graphics(Siggraph Asia)2014”中所公开的那样。一些已知的系统通过使用多个超声波扬声器来改变用户周围的气压而在自由空间中提供触觉反馈。这提供了感觉环境中聚焦的气压的囊(pocket)的能力，并且给用户提供用于手势、不可见的界面、纹理、虚拟物体等的触感提示。焦点可以通过以具体的相位延迟触发超声波换能器来创建，使得所有声波同时到达焦点。超声波可以被调制，使其被感知为皮肤上的振动。改变调制频率或脉冲，反馈可以模拟不同的纹理。通过给予每个反馈点不同的调制频率，可以同时将具有不同纹理的不同反馈施加到用户。

一般而言，由在一个位置处接收的声音造成的压力被称为声压，并且以每个八度频带的分贝(dB)测量。在一些实施例中，使用在用户身体的某个区域接收的超声波压力的测量来设计并向用户投射触觉效果，并造成触觉模式(例如，轻击、轻推、按压、按摩等)。在一些实施例中，触觉模式可以造成脉动的模式在身体的各部位上的移动，以给出该模式在皮肤上运动的感觉。

在一种实施例中，使用聚焦的超声波信号来投射触觉效果。例如，可以使用声透镜来将多个相交的超声波束精确地和准确地集中在目标(例如，用户的身体区域)上，并且触觉效果可以在目标处导致聚焦的超声波脉冲(例如，轻击或轻推感觉)。

在一种实施例中，通过超声波/声脉冲的相长干涉来投射触觉效果。当两个波以其波峰排列的方式相遇时，会发生相长干涉。在一种实施例中，超声波发射器被配置成提供在用户身体区域上的目标位置处相长干涉的超声波，从而在那个身体区域中造成触觉感觉。

在一些实施例中，被动的触感体验被提供给与空间中的虚拟物体交互的用户。例如，投射触觉效果可以允许用户感觉在半空中的虚拟形状的边缘/周边。但是，一些实施例通过应用投射触觉效果(诸如由超声波生成的触觉效果)向用户提供主动的触感体验，其中声音模式针对在用户不必与空间中的虚拟物体交互的情况下给予用户触感体验。

一种实施例提供了创建具有可变强度的超声波触觉形状或模式的超声波触觉生成面板/设备。该实施例实现运动感测或声音感测功能(例如，使用传感器30)以检测用户的存在和用户的身体部位的位置，用于将触觉效果指向具体的身体位置。一种实施例感测多于单个用户，并且将相同或不同的触觉效果(具有相同或不同的触觉参数)指向用户的相同或不同身体位置。一种实施例可以与多个设备(诸如具有诸如蓝牙、WiFi等无线技术的电话、智能手表和其它设备)连接和对接。

一种实施例包括超声波触觉生成阵列，其包括安装到面板或其它阵列的超声波发射器(或换能器)，以在空间中的具体点处生成超声波形状或模式。该实施例还包括感测功能，诸如方位或音频感测(例如，相机、麦克风、热感测、红外感测等)。该实施例还包括分析传感器馈送以确定用户方位的处理功能，以及在期望的方位处生成期望的触觉形状的驱动单元。该实施例还可以包括联网功能(例如，使用通信设备20)，使得多个超声波单元可以串联工作和/或多个触觉目标可以接收投射触觉效果。

在一些实施例中，超声波触觉面板/设备可以通过实现本领域中已知的任何机械系统(例如，齿轮箱和马达、一个或多个线性致动器等)来移动方位/位置。因此，面板/装置的朝向可以被调节，使得面板和/或结果所得的超声波在用户移动时或者在具体身体区域移动时连续地朝着用户或朝着用户的具体身体区域指向。

一般而言，某些频率和量级的超声波音频可能对人体有害，例如，如在“Effects of Ultrasonic Noise on the Human Body—A Bibliographic Review,International Journal of Occupational Safety and Ergonomics(JOSE)2013,Vol.19,No.2,195–202”中所公开的那样。照此，一种实施例减少超声波对用户的任何潜在的有害影响。一种实施例跟踪用户方位和运动，并且基于跟踪信息调节超声波脉冲的触觉参数，使得超声波脉冲不指向敏感身体区域(例如，眼睛)，并且超声波脉冲不处于可产生有害的热效果的强度。

例如，一种实施例可以实现图像识别功能，以将用户的目标身体区域的图像与查找表中已知敏感身体区域(例如，眼睛)的一个或多个图像进行比较，并且当识别出匹配时防止超声波投射。

作为另一个示例，一种实施例可以接收基于超声波的触觉效果的计算的触觉参数，计算在投射的目标处结果所得超声波的强度，并且当强度高于阈值时防止超声波投射。阈值对于不同的身体区域可以不同，对于不同的用户可以不同，可以依赖于性别、年龄、身高、体重或用户的任何其它特征，和/或可以基于用户偏好进行配置。用户偏好和/或身份可以在触觉输出设备处配置，或者可以通过实现本领域中已知的任何图像识别功能来确定。

在一种实施例中，例如，在投射的目标处的结果所得超声波的强度的阈值可以与施加到触觉输出设备的电压的百分比对应。例如，在一种实施例中，100％的电压值可以被配置为高阈值。在另一种实施例中，高阈值可以包括百分比的范围。例如，90％-100％电压值的范围可以被配置为高阈值范围，其中那个范围中的不同值与不同的身体区域、用户、性别、年龄等对应。

图2是一种实施例中的示例性系统200，其提供触觉功能以安静地唤醒睡在同一张床206上的第一用户202和/或第二用户204。例如，第一用户202和/或第二用户204可以是仅用闹钟不能唤醒的深睡眠者，但是如果手轻推其肩部或轻击其肩部就将更容易唤醒。照此，第一用户202和/或第二用户204可以实现超声波平台并将其配置为以例如手轻推其肩部或轻击其肩部的形式向其肩部提供触觉模式。例如，第一超声波发射器208可以被配置成在第一用户202身上投射基于超声波的触觉效果。类似地，第二超声波发射器210可以被配置成在第二用户204身上投射基于超声波的触觉效果。第一超声波发射器208和第二超声波发射器210可以根据第一用户202和第二用户204的相应偏好来配置和操作。由系统200为预期用户提供的静音唤醒功能不会唤醒附近的用户(例如，配偶或孩子)。

在一种实施例中，系统200可以拍摄第一用户202(或第二用户204)的身体区域的图像并实现图像识别功能，以将图像与存储在查找表中的一个或多个目标身体区域图像或形状(例如，手、肩部、躯干等的图像或形状)进行比较，并且在识别出匹配时投射超声波触觉效果。例如，当第一用户202(或第二用户204)指示在具体身体区域(例如，肩部)接收触觉唤醒警报的偏好时，系统200可以被配置成搜索并识别优选的身体区域并在那个身体区域投射超声波触觉效果。

在各种实施例中，优选的身体区域可以包括头部和颈部的部分(例如，面部、耳朵、鼻子、前额等)、手的部分(例如，手指、关节、手掌、手背、手腕等)、腿的部分(例如，臀部、大腿、小腿、脚等)、脚的部分(例如，脚趾、关节、脚踝、脚尖、脚底等)等。例如，为了配置触觉唤醒警报，可以选择在睡眠期间可能暴露的任何身体部位作为超声波触觉投射的优选身体区域。

图3是另一种实施例中的示例性系统300，其提供安静地唤醒睡在同一张床206上的第一用户202和第二用户204的触觉功能。但是，在系统300中，单个超声波发射器302被配置成在相同或不同的时间在第一用户202和第二用户204身上投射相同或不同的基于超声波的触觉效果。超声波发射器302可以通过实现本领域中已知的任何机械系统(例如，齿轮箱和马达、一个或多个线性致动器等)而被指向第一用户202或第二用户204。

图4是实施例中的示例系统400，其提供安静地向坐在桌子406(诸如会议室中的会议桌)前的第一用户402和/或第二用户404提供通知或情境化触觉效果的触觉功能。在系统400中，单个超声波发射器408被配置成在相同或不同的时间在第一用户402和第二用户404处投射相同或不同的基于超声波的触觉效果。在一种实施例中，系统400通过将基于超声波的触觉效果投射到第一用户402和/或第二用户404的身体区域上来向第一用户402和/或第二用户404提供通知/警报。超声波发射器408可以通过实现本领域中已知的任何机械系统(例如，齿轮箱和马达、一个或多个线性致动器等)而被指向第一用户402或第二用户404。

例如，在其中工作节奏非常快并且连接性至关重要的新兴技术公司，员工甚至在会议期间都可能需要保持连接。但是，在会议期间生成嗡嗡声/铃声的通知/报警功能会分散注意力。相反，系统400可以在会议室中实现，使得当第一用户402和/或第二用户404走进会议室时，他们的设备自动切换到静音并向系统400发送相应的报警/通知，使得超声波发射器408可以在不打扰会议中的其他人的情况下将对应的触觉效果指向具体用户。在一种实施例中，需要立即关注的更重要的警报可以在房间中的个体用户身上引起不同的投射触觉效果、形状和/或强度。

图5是在实施例中的示例系统500，其提供在按摩台504(或椅子)上按摩用户502的触觉功能。在系统500中，超声波发射器506被配置成在相同或不同的时间在右肩508、左肩510或用户502的任何其它身体区域上投射相同或不同的基于超声波的触觉效果。超声波发射器506可以是通过实现本领域中已知的任何机械系统(例如，齿轮箱和马达、一个或多个线性致动器等)而朝着右肩508、左肩510或用户502的任何其它身体区域指向。

一般而言，其它按摩方法(诸如手持式按摩器或按摩椅)可以用于按摩用户502的右肩508和/或左肩510。但是，由于所需的努力和结果产生的噪音，手持式按摩器可能是不期望的。按摩椅也可能太强有力，不能根据用户502的偏好在右肩508和/或左肩510上提供集中按摩，并且导致不期望的噪音。相比之下，系统500根据用户502的偏好将触觉模式安静地投射到用户502的右肩508和/或左肩510。触觉模式可以由用户502配置，以舒缓并加温受影响的区域。照此，用户502可以接收不从其它活动(例如，看电视)分心的按摩理疗，并且不干扰用户502附近的其他人。另外，用户502可以离开按摩台504并且稍后容易地继续理疗。

一般而言，加热垫可以被用来减轻用户502的右肩508和左肩510上的疼痛。但是，加热垫难以缠绕在用户502的右肩508和/或左肩510上，并且不是可配置的。另外，如果用户502需要中断理疗，那么必须解开和再次缠绕垫子。相比之下，系统500根据用户502的偏好将触觉模式投射到用户502的右肩508和/或左肩510。触觉模式可以由用户502配置，以舒缓并加温受影响的区域，并且用户502可以离开按摩台504并且稍后容易地继续理疗。

图6是在实施例中的示例系统600，其向观看监视器606(例如，电视或计算机的监视器)或穿戴虚拟现实耳机608(诸如Oculus Rift)的第一用户602和/或第二用户604提供触觉通知或情境化触觉效果。第一用户602和/或第二用户604可以使用监视器606或耳机608来例如玩游戏、观看电影等。在系统600中，超声波发射器610被安装在第一用户602和第二用户604的后面、上方或任何地方，并且被配置成在相同或不同的时间在第一用户602和第二用户604身上投射相同或不同的基于超声波的触觉效果。可替代地或附加地，监视器606可以包括一个或多个内置的超声波发射器，这些超声波发射器被配置成在相同或不同的时间在第一用户602和第二用户604身上投射相同或不同的基于超声波的触觉效果。超声波发射器610或监视器606中的内置超声波发射器可以通过实现本领域中已知的任何机械系统(例如，齿轮箱和马达、一个或多个线性致动器等)而朝着第一用户602或第二用户604指向。

例如，第一用户602(或第二用户604)可以正在玩虚拟现实游戏并移动他们的手和手指，以经由不需要手接触或触摸的控制器(诸如“跳跃运动(Leap Motion)”控制器)来提供输入。由于第一用户602(或第二用户604)没有触摸控制器，因此第一用户602(或第二用户604)不接收标准手持游戏控制器将提供的任何触觉响应。但是，超声波发射器610和/或监视器606的内置超声波发射器可以被配置成响应于由非触摸控制器感测/感知的运动而将触觉效果投射到第一用户602(或第二用户604)的手/手指上。

在一种实施例中，第一用户602和/或第二用户604可以正在玩提供与为手持式游戏控制器(或诸如触觉胸垫的可穿戴附件)配置的触觉效果相关的触觉信息的游戏。在这个实施例中，超声波发射器610和/或监视器606的内置超声波发射器可以被配置成响应于与游戏相关的触觉信息而在第一用户602和/或第二用户604身上投射触觉效果。在一种实施例中，触觉信息可以包括为基于接触的致动器配置的触觉参数，并且系统600将触觉致动器参数转换成对应的超声波参数(例如，使用查找表)，并且使用非触摸控制器的运动感测能力来确定将基于超声波的触觉效果指向何处(例如，在第一用户602和/或第二用户604的手/手指上或者另一个身体位置/区域上)。

在一种实施例中，可以实现系统600，以与媒体相结合地提供投射触觉效果。例如，第一用户602和/或第二用户604可以在监视器606上观看电影并且可能期望接收与电影内容相关的触觉效果，并且系统600接收与电影相关的触觉信息，并且生成并经由超声波发射器610和/或监视器606的内置超声波发射器向第一用户602和/或第二用户604投射对应的基于超声波的触觉效果。在一种实施例中，触觉信息可以包括由媒体制作者设计的广播触觉，并且可以由TV(例如，监视器606)或任何其它处理单元处理。在替代或附加的实施例中，系统600可以基于诸如声音的输入自动地生成基于超声波的触觉效果。在一种实施例中，系统600可以依赖于其用户的偏好将不同的触觉强度或模式投射到房间中的不同个体。

图7是实施例中的示例性系统700，其使用一个或多个超声波发射器708将触觉通知或情境化触觉效果投射到用户702，以帮助用户702导航通过一个或多个障碍物704并到达目的地706。在一种实施例中，用户702可以是有视觉障碍的人，他需要引导以导航通过商店的通道，并且系统700在整个商店中实现一个或多个超声波面板，以将用户702引导到他们正在寻找的产品和/或商店服务(诸如收银员、客户服务、休息室等)。超声波发射器708可以通过实现本领域中已知的任何机械系统(例如，齿轮箱和马达、一个或多个线性致动器等)而朝着用户702指向。

在一种实施例中，用户702可以使用诸如移动电话的设备来访问由系统700的超声波导航网络提供的功能。例如，用户702可以输入识别他们正在商店中寻找的产品或服务的信息并且系统700的超声波网络基于用户702的当前店中位置来确定并投射用于用户702的触觉导航路径。在一种实施例中，当用户702移动通过商店通道时，他们感觉到从一个或多个超声波发射器708投射触觉效果(例如，身体上的超声波轻击)，该触觉效果指示要移动的方向并且还使他们不碰到在其路径中的物体或人。

一种实施例可以在支持到多个用户设备(例如，诸如移动电话的个人设备)的连接的系统中实现一个或多个超声波发射器，并且提供系统200、300、400、500、600和700的功能的任意组合。例如，系统可以在客厅中实现一个或多个超声波发射器，以对正在观看电影的用户投射基于超声波的触觉效果，并且还对相同或不同的用户进行按摩。作为另一个示例，系统可以在卧室中实现一个或多个超声波发射器，以投射基于超声波的触觉效果来唤醒用户，并且还在相同或不同的时间对相同或不同的用户进行按摩。

在替代实施例中，可以在实施例中使用除基于超声波的触觉之外的任何其它非接触式触觉技术(例如，空气喷射、静电摩擦(“ESF”)等)，以将触觉效果投射到用户。所投射的触觉输出可以是例如使用空气喷射的吹气、基于激光的抛射，基于声音的抛射等。在基于激光的抛射中，激光能量将半空中集中区域中的空气分子离子化，以提供等离子体(正和负粒子的浓缩混合物)。激光器可能是飞秒激光器，其以非常快和非常强烈的节奏发射脉冲，并且激光越快，人类触摸越安全。抛射可以显现为触觉和交互式的全息图。当等离子体与用户皮肤接触时，用户可以感测到集中区域中激发的空气分子的振动。用户皮肤的感觉是由用户与半空中等离子体交互而生成的波造成的。因而，可以通过使用户经受这种集中区域来向用户提供触觉效果。可替代地或附加地，可以通过使用户经受由定向声能生成的振动来向用户提供触觉效果。

在一种实施例中，对于基于非接触的触觉设备(例如，超声波触觉)，当触觉设备在用户的范围内时，触觉设备向用户投射触觉效果。在一种实施例中，当用户处于设备的发射器的一定距离内并且在发射器和用户之间没有障碍物时，触觉设备在用户的范围内。在一种实施例中，投射触觉设备可以与一个或多个传感器(诸如可以在触觉设备的范围内检测用户的存在的相机或深度传感器)(例如，图1中的传感器30)配对。在一种实施例中，可以由任何已知的功能(诸如计算机视觉)以及与数据库中存储的数据进行比较以建立匹配来确定检测到的用户的具体身体区域(例如，肩部)。

在一种实施例中，一个或多个传感器包括三维(“3D”)成像系统(诸如朝向用户的一个或多个相机)以检测用户的移动。3D成像系统可以捕获用户的图像并确定发生用户移动。该实施例还可以分析图像，以确定用户的具体身体区域的改变的方位。

在一些实施例中，传感器在基于非接触的触觉设备的外部并且与设备处于有线或无线通信。例如，传感器可以包括与设备相关联并与设备通信的相机。作为另一个示例，传感器可以包括位于设备外部并与设备通信的3D成像系统(例如，通常以商标Microsoft销售的3D成像系统)或基于LED的跟踪系统。

除了基于超声波的投射触觉功能之外，各种实施例还可以提供附加的和/或补充的触觉功能。例如，一些实施例可以是移动设备(例如，智能电话)或非移动设备的一部分或与其相关联，并且为设备提供触觉功能。一些实施例可以是以任何方式结合到与用户接触的物体(例如，家具)中的设备的一部分或与其相关联，并且为这种设备提供触觉功能。例如，一种实施例可以是可穿戴设备(诸如腕带、头带、眼镜、环、腿带、集成到衣服中的阵列，或用户可以穿在身上或可以由用户持有的任何其它类型的设备)的一部分或与其相关联。一些可穿戴设备可以是“触觉启用的”，这意味着它们包括生成触觉效果的机制。一些实施例可以与设备(例如，移动设备或可穿戴设备)分离，并且远程地为设备提供触觉功能。

一些实施例还可以包括或者与被配置成响应于驱动信号而输出触觉效果(诸如振动触感触觉效果、静电摩擦触觉效果、变形触觉效果等)的致动器相关联。致动器可以是例如电动马达、电磁致动器、音圈、形状记忆合金、电活性聚合物、螺线管、偏心旋转质量马达(“ERM”)、线性共振执行器(“LRA”)、压电致动器、高带宽致动器、电活性聚合物(“EAP”)致动器等。

一些实施例还可以包括或者与根据任何其它触觉技术(诸如热显示(例如，热/冷)、电触感刺激(即，利用电流对触感受体的刺激)、动觉反馈等)进行操作的触觉输出设备相关联。一些实施例可以实现电肌肉刺激，诸如要求用户确定系统让他们做什么或感觉像做什么的一个或多个移动的任务。

一些实施例还可以包括或者与非机械或非振动触觉输出设备(诸如附连到用户身上的、使用ESF或超声波表面摩擦(“USF”)的设备或触觉基板和柔性或可变形表面或形状改变设备等)相关联。

图8是根据本发明的实施例的触觉功能的流程图800。在一种实施例中，图8的流程图800(和下面的图9的流程图900)的功能由存储在存储器或其它计算机可读介质或有形介质中并由处理器执行的软件来实现。在其它实施例中，功能可以由硬件(例如，通过使用专用集成电路(“ASIC”)、可编程门阵列(“PGA”)、现场可编程门阵列(“FPGA”)等)或硬件和软件的任何组合来执行。

在802，确定一个或多个用户的方位和运动，并且在804确定触觉参数和要投射触觉效果的一个或多个位置。例如，一种实施例可以计算用户或具体的用户身体部位与基于超声波的触觉输出设备的距离，然后计算触觉参数，诸如触觉投射的方向、与施加到触觉输出设备的电压对应的触觉投射的量级、触觉投射的类型/模式(例如，脉动模式)、触觉投射的持续时间等。

在806，利用触觉参数将触觉效果投射到一个或多个位置。

在808，确定一个或多个用户的方位和/或运动的改变，并且在810基于位置的改变来确定一个或多个方位的改变，并且如果需要，计算新的触觉参数。

在812，利用改变的参数将触觉效果投射到改变的位置。在一些实施例中，如果需要，重复808-812。

图9是根据本发明的实施例的触觉功能的另一个流程图900。

在902，确定用户的身体区域相对于触觉设备的位置的位置。在一种实施例中，触觉设备包括超声波发射器。在一种实施例中，基于一个或多个图像或声音确定用户的身体区域的位置。

在904，确定触觉效果。在一种实施例中，触觉效果与针对用户的通知或警报对应。在一种实施例中，通知或警报是从用户的个人设备接收的。在一种实施例中，触觉效果与由用户执行的移动或交互或者提供给用户的多媒体对应。在一种实施例中，接收与多媒体相关的触觉轨迹，并且为抛射触觉设备确定对应的触觉参数。

在906，触觉效果通过抛射触觉设备投射到用户的身体区域。在一种实施例中，确定用户身体区域的位置的改变，并且基于该改变来调节投射。在一种实施例中，调节包括基于该改变来移动超声波发射器。

如所公开的，实施例允许安静地将触觉效果投射到具体用户的具体身体区域，而不打扰附近的用户。一种实施例将基于超声波的触觉效果投射到用户的目标身体区域。触觉效果可以提供情境化的触觉反馈和/或通知。实施例可以根据每个用户的偏好进行配置。通过允许有针对性和定制的触觉效果而不干扰非预期用户，实施例允许更期望的触觉通知。

本文具体地图示和/或描述了几种实施例。但是，将认识到的是，在不背离本发明的精神和预期范围的情况下，所公开的实施例的修改和变化由上述教导覆盖并且在所附权利要求的范围内。