触觉再现技术是近年来人机交互领域内新兴的研究热点,是继听觉和视觉后人类与虚拟世界沟通的新的感官通道,提高了人机交互的真实感、沉浸感。其中表面触觉再现技术通过在多媒体终端表面再现触觉感受,让用户仅仅通过裸指触摸即可体验到纹理、粗糙度、硬度等触觉属性。触觉再现渲染建立了这些触觉属性的感知模型,是决定触觉再现效果的关键技术。目前表面触觉再现技术主要基于静电力触觉反馈、空气压膜触觉反馈以及振动触觉反馈三种反馈机制。现有的触觉再现渲染方法大多基于上述一种触觉反馈机制,在多媒体终端再现纹理或者粗糙度等单一的触觉属性。尚未充分研究如何根据每种触觉反馈机制的触觉再现特性,融合不同触觉反馈机制的应用优势在多媒体移动终端再现丰富的触觉属性,这严重限制了表面触觉再现效果的真实感。本文主要研究融合静电力与振动两种反馈机制的触觉再现渲染方法,旨在通过综合两种反馈机制的触觉再现特性,在多媒体终端呈现丰富的触觉属性。该方法基于课题组自主研发的装置平台,重点研究触觉信息采集装置的搭建、触觉信息数据采集与处理以及触觉属性与触觉激励信号映射模型的建立等问题,进一步提高表面触觉再现效果的真实感。本文的主要工作内容如下:(1)分析了静电力触觉再现原理与振动触觉再现原理、融合静电力与振动的触觉再现装置的工作机制以及装置的性能参数。基于融合装置,通过主观感知实验,探究振动触觉反馈的绝对检测阈值为19.67Vpp,分辨检测阈值为2.07dB。为后续触觉再现渲染方法的研究提供了理论基础以及数据参考。(2)分析影响人体触觉体验的因素,确定纹理、粗糙度和运动速度三个参量为触觉信息采集装置的采集对象。针对采集对象,设计触觉信息采集装置的整体结构方案。针对装置结构中各个单元的功能需求,制定硬件设计方案、元器件选型、编写开发程序以及上位机交互界面,最终完成触觉信息采集装置的搭建工作。(3)利用搭建好的触觉信息采集装置采集砂纸、塑料网、笔记本封皮和鼠标垫四种触感明显不同的材质样本的触觉信息,并对采集数据结果进行分析。针对采集获取的原始数据进行数据样本选择,通过滤波处理剔除数据中由环境影响造成的低频分量,通过物理判别法和统计方法判别法剔除数据中的异常值,对原始数据中保留下来的有效数据样本进行计算处理,为后续触觉再现渲染方法的建模工作提供了数据支撑。(4)根据现有融合静电力与振动的触觉再现装置的触觉再现特性,设计融合渲染方法的实现方案,采用静电力触觉反馈机制渲染材质的纹理属性,采用振动触觉反馈机制渲染材质的粗糙度属性。利用径向基函数神经网络模型建立运动速度分别与纹理和粗糙度两种触觉属性的映射模型,通过主观感知实验分别建立纹理属性与静电力激励信号的映射模型和粗糙度属性与振动激励信号的映射模型,提出可以再现纹理与粗糙度两种触觉属性的渲染方法。通过对比感知实验,采取十分制主观评分法对本文所提渲染方法和现有的单一渲染材质纹理属性的渲染方法进行评分,通过对十二名实验者的评分结果进行分析,验证了本文所提的渲染方法具有更好的触觉再现效果。本文的主要创新工作如下:(1)设计了触觉信息采集装置的整体结构方案,实现了材质纹理信息、粗糙度信息以及采集过程中运动速度信息的实时采集。(2)研究了原始采集数据与渲染建模所需数据间的转换问题,提出了有效的数据样本选择方法与数据处理方法。(3)建立了材质纹理属性与静电力激励信号的映射模型和粗糙度属性与振动激励信号的映射模型,提出了一种可以同时再现材质纹理属性与粗糙度属性的渲染方法。本文探究了适用于材质触觉再现的融合静电力与振动的触觉再现渲染方法,在多媒体终端实现了材质纹理属性与粗糙度属性的同时呈现,明显提高了触觉再现效果的真实感,为表面触觉再现技术的研究与应用提供了参考。