随着虚拟现实技术的发展,虚拟实验教学正逐渐进入各个学科的教育体系中,虚拟实验能够改善或解决传统实验中存在的设备成本高、原材料不足和危险性高等问题。虚拟实验的真实感由视听触嗅等多个通道决定,触觉作为人体皮肤感知的主要通道,能够提高虚拟实验沉浸感和促进虚拟实验教学。中学基础实验中产生的触觉主要为温度触觉,呈现的方式多种多样,但目前市场上缺乏在虚拟实验中能提供多种温度触觉再现方式的设备,温度变化在虚拟仿真领域也主要通过视觉补偿来解决。针对上述情况,设计并实现了一个温度触觉再现系统,该系统由桌面式温感装置和温感触觉手套两个装置组成,可对虚拟实验的不同场景,提供局部或全局、接触或非接触的温度触觉再现。本文的主要研究内容如下:(1)设计并实现了一种基于PTC发热片可提供热触觉再现的桌面式温感装置。该装置具有四个自由度的热源定位,使实验中产生热感知位置更加准确。使用PID控制算法对PTC发热片产生的热风温度进行闭环控温,提高了温度再现的精度,并对装置出风口的温度进行数据采集和分析,得到对应的关系模型为装置控温提供理论依据,还对人与装置的交互控制方法进行了设计与分析,为使用装置提供了参考。(2)设计并实现了一种基于半导体制冷片和碳纤维发热片可提供冷热触觉再现的温感触觉手套。该手套可对手的12个部位产生冷热感知,制冷和制热分开控制,可适用于多种温度再现场景。通过电压-温度等级关系,实现了手部皮肤温度等级开环控制的方法,并对人与手套的交互控制也进行了设计与分析。(3)设计并实现了采用Mesh蓝牙组网的无线通信协议。该Mesh网络将PC端、桌面式温感装置和温感触觉手套联成一个整体,两个装置可不经过PC端互相通信,单独设计的通信协议包含编码和解码过程,使数据的传输和控制更加方便。(4)设计了两个温度判别实验和两个虚拟实验案例。判别实验检验人体对温度的感知特性,虚拟实验案例分别用于检验系统两个装置的热触觉反馈和冷触觉反馈,实验结果表明了该系统产生温度触觉再现的有效性,能够提升虚拟实验的沉浸感。