一种体感交互装置、方法和设备与流程

1.本技术涉及增强现实技术领域，特别是涉及一种体感交互装置、方法和设备。


背景技术：

2.ar(augmented reality，增强现实技术)是一种将真实世界信息和虚拟世界信息集成的新技术，是把原本在现实世界的一定时间空间范围内很难体验到的实体信息，通过电脑等科学技术模拟仿真之后应用到现实世界，被人类感官所感知，即将真实环境与虚拟物体实时叠加到同一个画面或空间中。
3.但是在使用者使用ar技术时是通过佩戴ar眼镜来达到视觉上的体验，视觉感知体验容易带来视觉疲劳以及相应的眩晕感，导致虚拟现实技术的体验效果较差。


技术实现要素：

4.基于此，有必要针对虚拟现实技术体验效果差的问题，提供一种能够提高体验效果的体感交互装置、方法和设备。
5.一种体感交互装置。该体感交互装置包括：光电感应装置、信号放大装置以及反馈装置；光电感应装置连接信号放大装置，信号放大装置连接反馈装置；光电感应装置用于接收红外光信号，根据红外光信号进行光电转换，生成感应电信号并发送至信号放大装置；信号放大装置用于对感应电信号进行信号放大得到放大电信号，并将放大电信号发送至反馈装置；反馈装置用于根据放大电信号生成相应的反馈信号，并将反馈信号输出至用户。
6.上述体感交互装置，由红外光信号模拟虚拟现实中的虚拟攻击，通过光电感应装置感应该红外光信号生成感应电信号，并通过信号放大装置进行信号放大之后，能够作用于反馈装置，使得反馈装置能够输出相应的体感反馈信号给使用者，从而使得使用者能够从虚拟现实中体验到物理上的实时体感反馈，避免了视觉体验产生的视觉疲劳以及眩晕感，提高了虚拟现实的体验效果。
7.在其中一个实施例中，光电感应装置包括设置有红外光电材料的光电感应层，所述信号放大装置包括设置有电压放大电路的电压放大层，所述反馈装置包括设置有压电组件的压电层；所述压电层用于贴合于人体皮肤表面；所述电压放大层与所述压电层电连接，覆盖于所述压电层之上；所述光电感应层与所述电压放大层电连接，覆盖于所述电压放大层之上，用于接收红外光信号。
8.通过外层的光电感应层中的红外光电感应材料感应红外光信号并进行光电转换，输出电流至位于中间的电压放大层，使得电压放大层中的电压放大电路对电流进行放大，输出放大后的电流给位于内层的压电层，压电层中的压电组件再输出反馈信号至人体皮肤表面，实现了对各个装置的分层化设计，降低了整个体感交互装置的整体结构复杂度，且方便生产制造。
9.在其中一个实施例中，红外光电材料包括锑化铟和碲镉汞组成的复合材料。通过采用锑化铟和碲镉汞组成的复合材料，能够提高对红外光信号的感应敏感度，从而实现对
红外光信号进行高效的光电转换。
10.在其中一个实施例中，反馈装置包括振动反馈装置以及电击反馈装置，振动反馈装置以及电击反馈装置均与电压放大层的电压放大电路电连接；振动反馈装置用于根据电压放大电路输出的放大电信号输出振动反馈至用户；电击反馈装置用于根据电压放大电路输出的放大电信号输出电击反馈至用户。
11.通过振动反馈装置可以输出振动反馈给用户，通过电击反馈装置可以输出电击反馈给用户，使用户接收到两种不同类型的反馈信号，提高用户的体感交互效果。
12.在其中一个实施例中，振动反馈装置包括撞击触点，撞击触点与压电层的压电组件连接，压电组件与电压放大层的电压放大电路电连接，压电组件用于接收电压放大电路输出的放大电信号以进行振动，并带动相连的撞击触点进行振动，撞击触点用于在振动时对人体皮肤进行撞击以输出振动反馈。压电组件接收到放大电信号之后可以进行振动，带动设置在压电组件上的撞击触点进行振动，从而可以输出稳定的振动反馈信号给用户，使得用户在使用体感交互装置时，可接收到真实的物理振动反馈，提高体感交互效果。
13.在其中一个实施例中，电击反馈装置包括正极以及负极，正极与负极均设置于电压放大层且正极与电压放大层的电压放大电路电连接，正极还与撞击触点连接，负极的一端设置在电压放大层，负极的另一端设置在压电层。将电击反馈装置的正极与撞击触点连接，当正极接收到放大电信号时，可以通过撞击触点输出电击反馈信号，从而使得用户在接收到真实的物理振动反馈的同时，还能够接收到真实的电击反馈，保证了两种不同类型的反馈信号的时效性。
14.一种体感交互方法，包括以下步骤：
15.接收红外光信号并根据红外光信号进行光电转换，生成感应电信号；
16.对感应电信号进行信号放大得到放大电信号，根据放大电信号生成相应的反馈信号，并将反馈信号输出至用户。
17.上述体感交互方法，通过接收由红外光信号模拟的虚拟攻击等来生成感应电信号，并进行信号放大之后得到放大电信号，最终能够输出相应的体感反馈信号给用户，完成从虚拟攻击转换为现实的物理体感反馈信号的过程，使得使用者能够通过红外光信号从虚拟现实中体验到物理上的实时体感反馈，避免了使用者通过视觉体验产生的视觉疲劳以及眩晕感，提高了虚拟现实的体验效果。
18.在其中一个实施例中，反馈信号包括振动反馈以及电击反馈，根据放大电信号生成相应的反馈信号，并将反馈信号输出至用户，包括步骤：根据放大电信号生成振动反馈以及电击反馈；将振动反馈以及电击反馈输出至用户。通过输出振动反馈和电击反馈给用户，使用户接收到两种不同类型的反馈信号，提高用户的体感交互效果。
19.在其中一个实施例中，反馈信号包括振动反馈和电击反馈，根据放大电信号生成相应的反馈信号，并将反馈信号输出至用户，包括步骤：
20.获取红外光信号的光照强度，并判断光照强度是否大于或等于预设阈值；若是，则根据放大电信号生成电击反馈并输出至用户；若否，则根据放大电信号生成振动反馈并输出至用户。当红外光信号的光照强度较弱时，则输出振动反馈给用户，当红外光信号的光照强度较强时，则输出电击反馈给用户，振动反馈与电击反馈交替输出，提高了用户的体验效果。
21.一种体感交互设备，体感交互设备包括可穿戴装置以及上述的体感交互装置，体感交互装置设置于可穿戴装置。通过将体感交互装置设置在可穿戴装置例如头盔或者衣服上，方便用户佩戴以及使用。
附图说明
22.图1为一实施例中体感交互装置的系统框架示意图；
23.图2为另一实施例中体感交互装置的系统框架示意图；
24.图3为一实施例中电压放大电路的电路原理示意图；
25.图4为一实施例中体感交互方法的流程示意图；
26.图5为另一实施例中体感交互方法的流程示意图；
27.图6为一实施例中体感交互装置的模型示意图；
28.图7为一实施例中体感交互装置的信号处理流程示意图。
具体实施方式
29.为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。
30.在一实施例中，如图1所示，提供了一种体感交互装置，该体感交互装置包括光电感应装置100、信号放大装置200以及反馈装置300；光电感应装置100连接信号放大装置200，信号放大装置200连接反馈装置300；光电感应装置100用于接收红外光信号，根据红外光信号进行光电转换，生成感应电信号并发送至信号放大装置200；信号放大装置200用于对感应电信号进行信号放大得到放大电信号，并将放大电信号发送至反馈装置300；反馈装置300用于根据放大电信号生成相应的反馈信号，并将反馈信号输出至用户。
31.其中，光电感应装置100包括有光电材料，光电材料可以是锑化铟和碲镉汞等红外光电复合材料，红外光信号是外界环境中提供的，例如通过红外光发射器发射出红外光并照射到光电感应装置100上，在此需要说明的是，红外光信号是用于模拟虚拟现实中所涉及的内容的，例如红外光信号模拟虚拟现实中人物发出的攻击，当光电感应装置100接收到红外光信号之后，就会进行光电转换形成感应电信号。具体的光电转换原理可以是通过生伏打效应实现光电转换，形成感应电动势以及感应电流等(即感应电信号)。当光电感应装置100生成感应电信号之后，可以通过信号放大装置200来进行信号放大，例如信号放大装置200包括有电压放大器和/或电流放大器，通过电压放大器和/或电流放大器来对感应电信号进行信号放大，得到放大电信号并输出至反馈装置300，反馈装置300包括有使人体产生感知的装置，例如反馈装置300可包括有使人产生轻微痛觉的针刺等。
32.需要说明的是，该体感交互装置可以应用于增强现实中，例如当用户使用该体感交互装置时，可以将虚拟世界中的攻击通过现实世界中的红外光线体现出来，而当该体感交互装置接收到红外光线照射时，则会生成现实的物理反馈信号反馈给用户，例如反馈信号可以是轻微痛觉的针刺。
33.上述体感交互装置，通过光电感应装置感应外界的红外光信号，生成感应电信号，并通过信号放大装置进行信号放大之后，能够作用于反馈装置，使得反馈装置能够输出相
应的体感反馈信号，从而使得使用者能够从虚拟现实中体验到物理上的实时体感反馈，避免了长时间的视觉体验产生的视觉疲劳以及眩晕感，提高了虚拟现实的体验效果。
34.在一个实施例中，如图6所示，光电感应装置包括设置有红外光电材料的光电感应层1，信号放大装置包括设置有电压放大电路的电压放大层2，反馈装置包括设置有压电组件的压电层3；压电层3用于贴合于人体皮肤表面；电压放大层2与压电层3电连接，覆盖于压电层3之上；光电感应层1与电压放大层2电连接，覆盖于电压放大层2之上，用于接收红外光信号。通过外层的光电感应层中的红外光电感应材料感应红外光信号并进行光电转换，输出电流至位于中间的电压放大层，使得电压放大层中的电压放大电路对电流进行放大，输出放大后的电流给位于内层的压电层，压电层中的压电组件再输出反馈信号至人体皮肤表面，实现了对各个装置的分层化设计，降低了整个体感交互装置的整体结构复杂度，且方便生产制造。
35.进一步的，在一个实施例中，如图6所示，压电层3的厚度相较于电压放大层2厚，电压放大层2的厚度相较于光电感应层1薄。可以理解，在其它实施例中，可根据实际需要来对光电感应层1、电压放大层2以及压电层3的厚度进行适应性的调整。
36.进一步的，在一个实施例中，红外光电材料包括锑化铟和碲镉汞组成的复合材料。通过采用锑化铟和碲镉汞组成的复合材料，能够提高对红外光信号的感应敏感度，从而实现对红外光信号进行高效的光电转换。
37.在一实施例中，如图2所示，反馈装置包括振动反馈装置301以及电击反馈装置302，振动反馈装置301以及电击反馈装置302均信号放大装置200电连接(具体的是连接图6中电压放大层2的电压放大电路)；振动反馈装置301用于根据电压放大电路输出的放大电信号生成振动反馈并输出至用户；电击反馈装置302用于根据电压放大电路输出的放大电信号生成电击反馈并输出至用户。其中，以虚拟世界中的人物攻击为例，当用户在虚拟世界被某些人物攻击时，此时可以通过控制器等装置控制红外发射器发射出红外光，当红外光照射到用户使用的体感交互装置中光电转换装置100时，最终会使得振动反馈装置301输出振动反馈以及电击反馈装置302输出电击反馈，用户在接收到振动反馈以及电击反馈之后，会产生相应的体感感知，从而使得用户能够在现实世界中通过身体感受到在虚拟世界中的人物攻击。
38.通过振动反馈装置301可以输出振动反馈给用户，通过电击反馈装置302可以输出电击反馈给用户，使用户接收到两种不同类型的反馈信号，提高用户的体感交互效果。
39.在一个实施例中，参考图6，振动反馈装置包括撞击触点33，撞击触点33与压电层3的压电组件连接，压电组件与电压放大层2的电压放大电路电连接，压电组件用于接收电压放大电路输出的放大电信号以进行振动，并带动相连的撞击触点33进行振动，撞击触点33用于在振动时对人体皮肤进行撞击以输出振动反馈。其中，压电组件包括有压电材料(例如压电陶瓷)，压电材料与电压放大层2的电压放大电路电连接，当电压放大电路输出放大电信号给压电材料时，压电材料通过逆压电效应将会产生振动，从而带动撞击触点33发生位移，例如当撞击触点33位于人体的皮肤之上时，当撞击触点33发生位移时将碰撞到人体的皮肤，使得人体产生触觉感知。可以理解，在一个实施例中，为了保证人体能够在撞击触点的撞击下产生稳定的触觉感知，可以将撞击触点设计成跟人体皮肤接触面积更加小的硬尖端。
40.在压电组件接收到放大电信号之后可以进行振动，带动设置在压电组件上的撞击触点33进行振动，从而可以输出稳定的振动反馈给用户，使得用户在使用体感交互装置时，可接收到真实的物理振动反馈，提高体感交互效果。
41.进一步的，如图6所示，在一个实施例中，电击反馈装置包括正极32以及负极31，正极32设置于电压放大层2且正极32与电压放大层2的电压放大电路电连接，正极32还与撞击触点33电连接，负极的一端设置在电压放大层2，负极的另一端31设置在压电层3并突出于压电层3。其中，负极的另一端31是一个平整的端点或平面，当用户使用体感交互体感交互装置时，负极的另一端31与人体皮肤表面相接触以使得人体皮肤的电势整体比较低。正极32与撞击触点33接触，撞击触点33可以设置成金属导电材质以使得能够将正极32输送的电流在撞击人体皮肤时给人体皮肤放电。
42.通过将电击反馈装置的正极32与撞击触点33连接，当正极32接收到放大电信号时，可以通过撞击触点33输出电击反馈信号，从而使得用户在接收到真实的物理振动反馈的同时，还能够接收到真实的电击反馈，保证了两种不同类型的反馈信号的时效性。
43.在一个实施例中，信号放大装置包括电压放大电路，电压放大电路与光电感应装置连接，电压放大电路还与反馈装置连接。通过电压放大电路对光电感应装置所生成的感应电信号进行电压放大，能够输出电压值较大的放大电信号，保障后续可输出稳定的反馈信号。
44.进一步的，在一个实施例中，如图3所示，提供了一种电压放大电路的电路原理图。其中包括有电容c1-c5，电阻r1-r8，开关管t1-t2以及电阻rl，电容c1的一端接入作为电压放大电路的输入正极端，电容c1的另一端连接电阻r1的一端、电阻r2的一端以及开关管t1的控制端，电阻r1的另一端与电阻r3的一端、电阻r5的一端、电阻r7的一端连接，电阻r2的另一端作为电压放大电路的输入负极端，电阻r3的另一端与开关管t1的输入端以及电容c2的一端连接，开关管t1的输出端与电阻r4的一端、电容c3的一端连接，电容c2的另一端与电阻r5的另一端、电阻r6的一端以及开关管t2的控制端连接，电阻r7的另一端与开关管t2的输入端以及电容c5的一端连接，开关管t2的输出端与电阻r8的一端以及电容c4的一端连接，电容c5的另一端与电阻rl的一端连接之后作为电压放大电路的输出正极端，电阻rl的另一端作为电压放大电路的输出负极端，电阻r4的另一端、电容c3的另一端、电阻r6的另一端、电阻r8的另一端、电容c4的另一端以及电阻rl的另一端相连之后接入电压放大电路的输入负极端。
45.在一个实施例中，如图4所示，提供了一种体感交互方法，该方法包括步骤s100以及步骤s200。
46.步骤s100、接收红外光信号并根据红外光信号进行光电转换，生成感应电信号。具体的，红外光信号可通过红外发生器产生，例如当体感交互设备处于红外光环境下时，体感交互设备接收红外光信号并进行光电转换，得到相应的感应电流以及感应电压作为感应电信号。
47.步骤s200、对感应电信号进行信号放大得到放大电信号，根据放大电信号生成相应的反馈信号，并将反馈信号输出至用户。具体的，体感交互设备需要对感应电信号进行放大以输出稳定的放大电信号，例如放大感应电信号的电压或者电流。然后体感交互设备再通过其自身的反馈装置接收放大电信号，并使得反馈装置输出反馈信号至用户，完成整个
体感交互的过程。其中，反馈装置包括有振动反馈装置以及电击反馈装置。
48.上述体感交互方法，通过接收由红外光信号模拟的虚拟攻击等来生成感应电信号，并进行信号放大之后得到放大电信号，最终能够输出相应的体感反馈信号给用户，完成从虚拟攻击转换为现实的物理体感反馈信号的过程，使得使用者能够通过红外光信号从虚拟现实中体验到物理上的实时体感反馈，避免了使用者通过视觉体验产生的视觉疲劳以及眩晕感，提高了虚拟现实的体验效果。
49.在一个实施例中，如图5所示，步骤s200包括步骤s201、获取感应电信号的电压值，根据电压值对感应电信号的电压进行放大得到放大电信号，根据放大电信号生成相应的反馈信号，并将反馈信号输出至用户。通过对感应电信号进行电压放大，能够输出电压值较大的放大电信号，保障后续可输出稳定的反馈信号。
50.在一个实施例中，反馈信号包括振动反馈以及电击反馈，步骤s200还包括步骤：根据放大电信号生成振动反馈以及电击反馈；将振动反馈以及电击反馈输出至用户。通过输出振动反馈和电击反馈给用户，使用户接收到两种不同类型的反馈信号，提高用户的体感交互效果。
51.在另一个实施例中，反馈信号包括振动反馈和电击反馈，步骤s200还包括步骤：根据放大电信号，获取红外光信号的光照强度，并判断光照强度是否大于或等于预设阈值；若是，则根据放大电信号生成电击反馈并输出至用户；若否，则根据放大电信号生成振动反馈并输出至用户。预设阈值表征的是光强大小，通过确定放大电信号的参数，例如电压大小以确定红外光信号的光照强度，当红外光信号的光照强度较弱时(即当接收的红外光信号的光强小于预设阈值时)，则输出振动反馈给用户，当红外光信号的光照强度较强时(即当接收的红外光信号的光强大于或等于预设阈值时)，则输出电击反馈给用户，振动反馈与电击反馈交替输出，提高了用户的体验效果。需要说明的是，在其它实施例中，红外光信号的光照强度还可以直接通过光强检测仪获取。
52.在一个实施例中，提供了一种体感交互设备，该设备包括可穿戴式装置以及上述的体感交互装置，该体感交互装置设置与该可穿戴式装置上，其中，可穿戴式装置可以是头盔或者头套或者衣服等等。进一步的，在一个实施例中，可穿戴装置包括柔性面料。通过将上述的体感交互装置设置在柔性面料上，可使得体感交互装置与用户的身体部分更加贴合，能够有效的提高体感交互效果。
53.在一个实施例中，如图6所示，提供了一种体感交互装置的模型，其中按照从外到内的顺序依次包括有三层，第一层是光电层1(即对应上文的光电感应装置)，第二层是放大层2(即对应上文的信号放大装置)，第三层是压电层3(对应上文的反馈装置)，内层的压电层3直接与人体接触，而外层的光电层1则用于接收红外光信号，压电层3中包括有正极32、负极31、压电材料以及撞击触点33，负极31的一端与放大层2连接，负极31的另一端设置露出于压电层3，当用户使用体感交互装置时，负极31会与人体相接触(例如人体皮肤)，撞击触点33也露出于压电层3以用于撞击人体皮肤表面从而产生振动感知，正极32的一端与放大层2连接，正极32的另一端则与撞击触点33连接，用于在撞击触点33撞击人体皮肤表面时输出相应的电流给人体皮肤表面从而实现给人体进行电击反馈。如图7所示，提供了一种体感交互装置的信号处理流程，首先红外投射器投射相应的红外光线至光电层的光电材料上，然后光电材料通过光电转换生成感应电信号，并输送至电压放大层，电压放大层对感应
电信号进行放大之后得到放大电信号，输出至压电材料以及触电端点(即上文的正极)，压电材料由于逆压电效应将会产生振动，从而带动撞击触点发生位移，例如撞击人体皮肤表面使得用户产生触觉感知(即输出振动反馈)，而触电端点与撞击触点相连，在撞击触点撞击人体皮肤表面时也会输出电流至人体皮肤表面，使得人体感知到触电，从而产生电击反馈。
54.以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
55.以上所述实施例仅表达了本技术的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。因此，本技术专利的保护范围应以所附权利要求为准。