在传统的人机交互中,无论是系统的设计者还是使用者,往往只关注视觉和听觉这两种最常见的交互方式,而忽略其他感觉形态比如触觉。随着人们对沉浸感要求的提高,多感觉模式融合成为人机交互发展的必然趋势,触觉交互(Haptics)因此成为该领域中的最新技术。通过触觉再现装置,操作者可以以运动或力等形式感知虚拟物体或远地物体的形状、硬度、表面纹理等丰富的触觉信息,从而增强虚拟环境的真实感。其中物体表面纹理再现是触觉交互研究领域中的难点和热点之一。近年来,纹理的触觉机理研究不断得到完善,涌现出大量的纹理再现装置。但值得注意的是,这些研究中涉及到的纹理的内部空间间隙大多在毫米级及以下,我们可以称它们为“细纹理”。对于空间间隙在厘米级及以上的“大纹理”,可以从空间几何特性上把它们看成是细小纹理图案覆盖在曲面上的特殊纹理。与细纹理相比,大纹理包含更丰富的物体表面信息,其触觉感知机理也必然更加复杂。国内外学者对细纹理的感知机理及其触觉再现进行了深入研究,但很少涉及到大纹理。本文综合运用生物力学与运动控制、触觉生理心理学、数学建模与仿真等方面的知识,通过构造人机交互接口装置和开展心理物理学实验,对大纹理触觉感知机理和再现方法进行研究,最终建立起适合常见大纹理再现的系统理论和数学模型。本文提出一种基于主动式动态触摸感知的大纹理虚拟再现方案,相比于国内外现有的被动式、静态的、或非直接接触的交互装置,本方案允许人们用手指(裸指)自由地动态触摸接口界面来感知大纹理的相关信息,增强了操作者的沉浸感。该研究丰富了物体表面纹理尤其是大纹理的触觉再现机理研究,同时探索了手指触摸感知方式对纹理认知的影响,为虚拟现实和机器人领域中的物体表面信息再现提供了重要理论依据。