触觉再现技术可提供更为自然真实的交互体验,将人类与虚拟世界的交流推向三维视听与触觉结合的崭新阶段。基于静电力的触觉再现技术可实现裸指触摸终端设备感知视觉对象形状、纹理等特性,被广泛应用于手机、平板电脑等多媒体终端,成为现阶段人机交互领域的研究热点。多媒体终端设备大多依靠图形图像提供信息,触觉再现渲染算法可将图形图像信息转化为力触觉信息,是触觉再现技术应用的基础。目前的静电力触觉再现渲染方法仅使用驱动信号幅度参量,并未充分研究频率、波形等参量的再现能力,再现真实感较差,制约了静电力技术在多媒体终端的应用。本文主要研究图形图像的静电力触觉再现多参量渲染方法,探究信号幅度、频率、波形三种参量与触觉感知的映射问题,提高静电力设备的图形图像再现真实感。本文的主要研究内容如下:(1)以项目组搭建的静电力触觉再现平台为基础,分析触觉再现过程中的电荷转换和平行电容结构的标准力学模型,得到静电力系统的力学模型,为后续研究提供理论支撑。(2)分析系统接地方式、接地位置、人体电阻和系统绝缘层对系统性能的影响,优化静电力系统的等效电路并以此为基础分析系统频率特性和波形特性,最后通过静电力测量平台验证系统特性和所提等效电路的有效性。(3)寻找人体的触觉共有感知特性,实验探究静电力驱动信号幅度、频率、波形参量对共有感知特性的呈现能力,建立驱动信号三种参量和触觉共有感知特性之间的量化关系,得到单一信号参量的触觉渲染模型。(4)研究造成高斯图形、正弦图形、矩形图形和三角图形触感差异的因素,获得信号参量与图形特性间的映射关系,提出针对图形的多参量渲染方法;研究图像特征与触感特性之间的联系,以触觉共有感知特性为媒介建立信号多种参量与图像特征间的映射关系,提出针对图像的多参量渲染方法;最后利用图形和图像感知实验,对比所提的多参量渲染方法与现有的单一参量渲染方法的再现效果,验证所提的多参量渲染方法的有效性。本文的主要创新如下:(1)分析得到直接接地方式对静电力触觉再现系统的必要性,同时忽略人体接地点位置和人体电阻对系统的影响,对系统等效电路进行优化,分析系统频率特性和波形特性,获得系统性能最优的使用频率范围和三种波形的输出特性。(2)通过实验得到驱动信号三种参量的触感再现能力,提出通过感知强度和感知细度这两种共有感知特性建立驱动信号参量的触觉渲染模型,拟合得到驱动信号幅度和频率参量与感知强度和感知细度间的量化模型。(3)用驱动信号幅度和频率参量映射图形的梯度特征,用波形映射图形的断点特征,提出一种适用于图形的多参量渲染方法;用感知强度特征映射图像边缘特性,用感知细度特征映射图像纹理特性,用波形参量渲染不同灰度范围,提出一种适用于图像的多参量渲染方法。设计图形感知实验和图像感知实验对所提多参量渲染方法进行验证,结果表明所提方法明显优于单参量渲染方法,提高了静电力设备的触觉再现真实感,为静电力触觉再现技术在多媒体终端上呈现更为准确真实的触感提供参考。