觸覺反饋裝置及方法與流程

本公開的實施例涉及一種觸覺反饋裝置和方法。

背景技術：

虛擬現實技術涉及模擬環境、感知、自然技能和傳感設備等多個方面。例如，感知是指理想的虛擬現實技術應該具備人所具有的一切感知。也就是說，除計算機圖形技術所生成的視覺感知外，虛擬現實技術還有針對聽覺、觸覺、運動、甚至嗅覺的感知。在虛擬現實技術中，用戶可以去觸摸一個虛擬物體，而且用戶很希望獲得與觸摸該虛擬物體所對應的真實物體的相類似的感受。

技術實現要素：

本公開的至少一個實施例提供一種觸覺反饋裝置，包括：至少一個連接結構、可穿戴設備和至少一個信號發生器。所述連接結構的一端與所述可穿戴設備相連，所述連接結構的另一端與所述信號發生器相連。所述可穿戴設備被配置為：檢測目標位置。所述信號發生器被配置為依據控制信號產生感知信號，并輸出所述感知信號。

例如，所述可穿戴設備還被配置為：確定所述目標位置處的虛擬物體；根據所述虛擬物體產生所述控制信號；以及發送所述控制信號至所述信號發生器。

例如，所述的觸覺反饋裝置還包括處理設備；所述處理設備被配置為：確定所述目標位置處的虛擬物體；根據所述虛擬物體產生所述控制信號；以及發送所述控制信號至所述信號發生器。

例如，所述連接結構包括：外殼和位于所述外殼內部的信號線；所述信號線被配置為將所述控制信號從所述可穿戴設備傳輸至所述信號發生器。

例如，所述外殼為可形變材質；以及所述可形變材質包括金屬。

例如，所述連接結構為可形變的長桿。

例如，所述觸覺反饋裝置包括多個連接結構和多個信號發生器，所述多個連接結構與所述多個信號發生器一一對應連接；所述多個連接結構分散地設置于所述可穿戴設備；以及所述多個連接結構的長度不相等。

例如，所述可穿戴設備包括第一無線收發器，所述信號發生器包括第二無線收發器，所述可穿戴設備和所述信號放生器通過所述第一無線收發器和所述第二無線收發器進行通信。

例如，所述可穿戴設備包括傳感器，被配置為檢測所述目標位置。

例如，所述可穿戴設備還包括：存儲器，被配置為存儲多個虛擬物體的位置信息；以及處理器，被配置為依據所述多個虛擬物體的位置信息，識別所述目標位置處的虛擬物體。

例如，所述存儲器，還被配置為存儲所述多個虛擬物體的屬性信息；所述處理器，還被配置為：依據所述多個虛擬物體的屬性信息，獲取所述目標位置處的虛擬物體的屬性信息；以及依據所述目標位置處的虛擬物體的屬性信息生成所述控制信號。

例如，所述信號發生器的外形為球狀或者漏斗狀。

例如，所述信號發生器包括光信號發生器、電信號發生器、風信號發生器、震動器和冷熱信號發生器中的一個或多個。

本公開的至少一個實施例還提供一種觸覺反饋方法，包括：檢測目標位置；確定所述目標位置處的虛擬物體；根據所述虛擬物體產生控制信號；以及依據所述控制信號產生感知信號，并輸出所述感知信號。

例如，所述確定所述目標位置處的虛擬物體，包括：獲取存儲的多個虛擬物體的位置信息；依據所述多個虛擬物體的位置信息，識別所述目標位置處的虛擬物體。

例如，根據所述虛擬物體產生所述控制信號，包括：獲取存儲的所述多個虛擬物體的屬性信息；依據所述多個虛擬物體的屬性信息，獲取所述目標位置處的虛擬物體的屬性信息；以及依據所述目標位置處的虛擬物體的屬性信息生成所述控制信號。

例如，所述依據所述控制信號產生所述感知信號，包括：依據所述控制信號產生光信號、電信號、風信號、震動信號、冷信號和熱信號中的一個或多個。

本公開實施例提供的觸覺反饋裝置和方法，使得用戶的感官體驗更加豐富，而且更加真實。

附圖說明

為了更清楚地說明本公開實施例的技術方案，下面將對實施例的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅涉及本公開的一些實施例，而非對本公開的限制。

圖1為本公開實施例提供的一種觸覺反饋裝置的結構示意圖；

圖2為本公開實施例提供的一種觸覺反饋裝置的實物示意圖；

圖3為本公開實施例提供的一種觸覺反饋裝置應用場景圖；

圖4為本公開實施例提供的一種觸覺反饋方法的流程圖。

具體實施方式

下面將結合附圖，對本公開實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述參考在附圖中示出并在以下描述中詳述的非限制性示例實施例，更加全面地說明本公開的示例實施例和它們的多種特征及有利細節。應注意的是，圖中示出的特征不是必須按照比例繪制。所給出的示例僅旨在有利于理解本公開示例實施例的實施，以及進一步使本領域技術人員能夠實施示例實施例。因而，這些示例不應被理解為對本公開的實施例的范圍的限制。

除非另外特別定義，本公開使用的技術術語或者科學術語應當為本公開所屬領域內具有一般技能的人士所理解的通常意義。本公開中使用的“第一”、“第二”以及類似的詞語并不表示任何順序、數量或者重要性，而只是用來區分不同的組成部分。此外，在本公開各個實施例中，相同或類似的參考標號表示相同或類似的構件。

虛擬現實(virtualreality)技術是仿真技術、計算機圖形學人機接口技術、多媒體技術、傳感技術和網絡技術等多種技術的集合。在一個虛擬現實技術對應的系統中，用戶可以看到并去觸摸一個虛擬的物體。為了模擬手真正接觸該虛擬物體的感覺，虛擬現實技術常用的裝置是在手套內層安裝一些可以振動的觸點或者通過手持感應柄處傳來的震動來模擬觸覺。但是，上述方式的缺點也是明顯的。例如，手柄和手套內的震動觸點只能模擬很小一部分實物的觸覺，并且手套還將手與空氣隔離，因此舒適度不佳。

下面結合圖1-4，對本公開實施例提供的一種觸覺反饋裝置及方法的具體實施方式進行詳細說明。

如圖1所示，本公開的實施例提供一種觸覺反饋裝置100，可以用于虛擬現實技術中。該觸覺反饋裝置100包括：至少一個連接結構160(例如圖1中的160a、160b、160c等)、可穿戴設備101和至少一個信號發生器180(例如圖1中的180a、180b、180c等)。所述連接結構160的一端與所述可穿戴設備101相連，所述連接結構160的另一端與所述信號發生器180相連。圖1中的箭頭表征的連接結構160僅用于說明可穿戴設備101與信號發生器180之間可以通過連接結構160的兩端相連接，而對于連接結構160的具體結構可以參考如下實施例。

上述可穿戴設備101可以被配置為執行如下操作：檢測目標位置；確定所述目標位置處的虛擬物體；根據所述虛擬物體產生控制信號；以及發送所述控制信號至所述信號發生器。

上述信號發生器180可以被配置為依據可穿戴設備101產生的控制信號產生感知信號，并輸出感知信號。進一步的，該感知信號將被感知動作(例如，觸摸動作)發出者的手部感知。

在一些實施例中，上述控制信號可以采用有線方式進行傳輸。相應的，所述連接結構160可以包括：外殼和位于所述外殼內部的信號線。所述信號線被配置為將所述控制信號從可穿戴設備101傳輸至信號發生器180。例如，信號線為由多條電纜線構成的一束或多束傳輸線，信號線的載體可以為金屬或其它載體，如光纜等。

在一些實施例中，所述外殼采用可形變可彎折材質。例如，所述可形變可彎折材質可以包括鐵、銅或鋁等金屬。例如，采用金屬載體的信號線組成多束傳輸線，該多束傳輸線可以分布于金屬殼體內部。

在一些實施例中，上述控制信號采用無線方式傳輸，具體的，可以采用短距離無線傳輸技術。相應的連接結構160可以為可形變的長桿。所述可變形長桿也采用可形變可彎折的材質。具體地，可形變可彎折材質包括鐵、銅或鋁等金屬。例如，采用鐵桿作為連接結構160，該鐵桿連接結構160的一端連接可穿戴設備101，另一端連接一個信號發生器180。例如，短距離無線傳輸技術包括藍牙、超寬帶或者wifi等。例如，可穿戴設備101可以包括第一無線收發器，信號發生器180包括第二無線收發器，可穿戴設備101和信號放生器180可以通過第一無線收發器和第二無線收發器進行通信。

在一些實施例中，觸覺反饋裝置100可以同時采用有線方式傳輸或無線方式之一傳輸生成的控制信號。此時，相應的連接結構160為采用外殼和外殼內部布置信號線的方式實現。為了同時實現采用無線方式傳輸控制信號的目的，可穿戴設備101可以包括第一無線收發器，信號發生器180包括第二無線收發器。當觸覺反饋裝置100工作于被無線網絡覆蓋的環境時，可以采用無線方式傳輸生成的控制信號。當觸覺反饋裝置100工作于無網絡覆蓋的環境時，或者網絡覆蓋信號不好時，均可以采用有線的方式即采用連接結構160內部的信號線傳輸生成的控制信號。

在一些實施例中，觸覺反饋裝置100包括多個連接結構160和多個信號發生器180，連接結構160與信號發生器180之間一一對應連接。即，一個連接結構160與一個信號發生器180相連接，其中，多個信號發生器180可以屬于不同的種類，分別生成和輸出不同的感知信號。

各連接結構160分散地設置于可穿戴設備101上。例如，可穿戴設備101為手環時，連接結構160分散連接于手環上。

為了使手的各部分分別感知觸摸虛擬物體的感受，在一些實施例中各所述連接結構160的長度可以不相等。例如，相應于手掌位置處設置一個較短的連接結構160，而對于指尖部分設置相對較長的連接結構160。在另一些實施例中，也可以通過彎折各連接結構160達到使手的不同部位分別感知觸覺信號的目的，這種情況下各連接結構160的長度可以相等或相近似。

在一些實施例中，為了達到模擬不同虛擬物體的感知效果，可以采用不同數量不同種類的多個信號發生器。也就是通過調整信號發生器180的數量和種類模擬各種不同虛擬物體給人的知覺。例如，觸摸的虛擬物體為熱度較低的虛擬物體時，可以采用兩個熱信號發生器發熱；如果要觸摸的虛擬物體為發燙的虛擬物體時，可以采用五個甚至六個熱信號發生器同時發熱。

在一些實施例中，可穿戴設備101可以包括傳感器108。該傳感器108可以被配置為檢測所述目標位置。目標位置即用戶試圖要感知(例如，觸摸)的虛擬物體所在的位置。該目標位置可以采用位置信息表征，例如，采用二維坐標或者三維坐標作為位置信息。例如，傳感器108可以采用位置傳感器。在一些例子中，該傳感器108可以根據用戶的手移動的軌跡來確定所述目標位置。例如，用戶的手所指向的位置即為目標位置。

在一些實施例中，可穿戴設備101還可以包括：存儲器103，以及處理器102。存儲器103可以被配置為存儲多個虛擬物體的位置信息，處理器102可以被配置為依據存儲器103所存儲的多個虛擬物體的位置信息，識別所述目標位置處的虛擬物體。具體地，存儲器103存儲各位置處對應的虛擬物體，當處理器102讀取了目標位置后，可以采用匹配策略找到目標位置處的虛擬物體。例如，存儲器103中存儲了空間位置(1,1,1)處的虛擬物體為冰塊，當用戶觸摸空間位置(1，1，1)時，則處理器103會通過判斷得到此時用戶觸摸的虛擬物體為冰塊。

在一些實施例中，也可以在虛擬物體上設置標識信息，之后由處理器102通過判斷該標識信息進而識別該虛擬物體。例如，將所有虛擬物體進行統一編碼，每一個虛擬物體對應一個唯一的編碼標識，每一個虛擬物體采用一個標識信息表征。相應的，存儲器103可以存儲標識信息與虛擬物體的對應關系的映射表。具體地，當用戶觸摸目標位置處的虛擬物體時，可以通過讀取目標位置處虛擬物體上存儲的標識信息，之后由處理器102通過分析標識信息獲得目標位置處的虛擬物體。例如，可以采用二維碼等存儲編碼標識信息。

上述虛擬物體的種類可以包括不同溫度的物體或者導電體等可能被用戶觸摸感知的現實世界中所有物體。例如，當觸摸有危險的虛擬物體時還可以發出報警信號。

在一些實施例中，存儲器103還可以被配置為存儲所述多個虛擬物體的屬性信息；處理器102還被配置為：依據所述多個虛擬物體的屬性信息，獲取所述目標位置處的虛擬物體的屬性信息；以及由處理器102依據目標位置處的虛擬物體的屬性信息生成相應的控制信號。

例如，上述屬性信息為能夠表征虛擬物體的感知特征的信息，例如，表征虛擬物體的觸覺特征的信息。例如，當虛擬物體為冰塊時，相應的屬性信息可以為涼；當虛擬物體為玉手鐲時，相應的屬性信息可以為光滑等。

此外，在一些實例中，觸覺反饋裝置100還可以包括處理設備(圖中未示出)。可以僅在可穿戴設備101上設置感知位置的傳感器108，而上述存儲器103和處理器102的全部或者部分功能可以設置在該處理設備中實現。相應的，可穿戴設備101上需要設置發送器將目標位置傳輸至該處理設備，由該處理設備識別出目標位置處的虛擬物體，并進一步由該處理設備得到虛擬物體的屬性信息并最終生成控制信號，并將控制信號發生給信號發生器180。例如，可以由該處理設備通過無線通道將控制信號發送至信號發生器180，或者由該處理設備將控制信號發送至可穿戴設備101，之后再由可穿戴設備101通過有線或者無線的方式將控制信號發送至信號發生器180。

在一些實施例中，信號發生器180的外形可以為球狀或者漏斗狀。當采用球狀信號發生器時，該球狀發生器向空間各個方向輸出感知信號，因此此時手掌或者手指的放置位置較靈活。當采用漏斗狀或者其他形狀的信號發生器時需要分析手指或者手掌相對于信號發生器的位置，以便于使信號發生器輸出的感知信號能夠被手掌或者手指進行感知。該感知信號由信號發生器180依據控制信號產生。

在一些實施例中，信號發生器180可以包括多種種類，其中每一種類的信號發生器可產生一種單一或者復合的感知信號。例如，信號發生器的種類具體可以包括光信號發生器、電信號發生器、風信號發生器、震動器和冷熱信號發生器中的一個或多個。

例如，電信號發生器通過兩電極產生能使人有輕微震動或刺感的電流、風信號發生器通過可加熱和制冷的微型風扇產生氣流從末端噴出，等等。

在一些實施例中，上述可穿戴設備101可以包括手環、可穿戴腕帶、可穿戴臂環或可穿戴戒指等。

下面圖2和圖3將以智能手環為例進一步介紹本公開的實施例。

下述技術方案涉及的智能手環可以為完整手環或有缺口的手環，對于有缺口的手環只需要保證能被用戶佩戴在手腕上即可。

如圖2所示，本公開實施例提供了一種采用智能手環201作為可穿戴設備101，并采用球狀發生器280作為信號發生器180的觸覺反饋裝置。連接結構260可以采用外殼和外殼內設置信號線的結構，也可以采用一個長桿，該長桿僅用于支撐和固定各個信號發生器。當采用一個長桿作為連接結構時，智能手環20需要采用無線收發器向信號發生器280發送控制信號，或者采用無線收發器發送或者接收與智能手環201有關的信號。例如，與智能手環201有關的信號包括但不限于目標位置信號。各連接結構260的長度不相等。

如圖3所示，本公開實施例提供了一種采用圖2的觸覺感知裝置200觸摸空間虛擬物體的示意圖。用戶佩戴觸覺感知裝置310(相應于圖2的觸覺反饋裝置200)，并觸摸空間的某一位置a，該位置a處放置一個五角形的發熱單元320。

上述觸覺反饋裝置310的工作過程如下：當用戶佩戴觸覺反饋裝置310并觸摸空間中放置發熱體320的a點時，觸覺反饋裝置310的智能手環讀取目標位置a的坐標信息，之后再根據坐標信息判斷目標位置處的虛擬物體為一個五角形的發熱體320。智能手環根據發熱體的屬性信息再產生控制信息，進而控制相應的球狀信號發生器產生熱輻射信號，因此，用戶可以感知到熱信號發生器輻射的發熱信號。

觸覺反饋裝置310集成了位置感知功能，虛擬物體識別功能以及控制信號產生功能。為了實現這些功能，觸覺反饋裝置310的智能手環上需要設置處理器、存儲器以及傳感器。處理器從存儲器讀取指令代碼、從傳感器讀取位置感知數據并讀取存儲器預先存儲的相關數據(例如，相關數據可以包括位置信息與虛擬物體的對應關系表或者虛擬物體與屬性信息的對應關系表)，并根據讀取的數據執行相應功能并最終輸出控制信號。觸覺反饋裝置310可以通過有線或者無線的方式向信號發生器輸出產生的控制信號。各個信號發生器響應于相應的控制信號產生感知信號，并向各信號發生器周圍進行輸出。

在一些實施例中，觸覺反饋裝置310包含的智能手環可以僅用于實現位置感知功能，而對于虛擬物體的識別功能和屬性信息獲取功能均由處理設備實現。智能手環將感知的位置信息(即，目標位置)發送至處理設備，并由處理設備執行虛擬物體識別或者屬性信息獲取的部分或者全部功能。之后，可以由智能手環通過有線和無線的方式向各個信號發生器發送控制信號。各個信號發生器響應于相應的控制信號產生感知信號，并向各信號發生器周圍進行輸出。

在一些實施例中，智能手環還設置檢測單元(圖中未示出)，該檢測單元能夠實時或者周期性檢測目標位置。如果檢測單元發現目標位置變化后，可以通知處理器102依據新的目標位置獲取虛擬物體并最終生成控制信號。相應的，目標位置變化后，處理器102可以生成用于關閉當前開啟的信號發生器的指令。

如圖4所示，本公開實施例還提供一種觸覺反饋方法400。該觸覺反饋方法400可以包括：步驟401，檢測目標位置；步驟411，確定所述目標位置處的虛擬物體；步驟421，根據所述虛擬物體產生控制信號；以及步驟431，依據所述控制信號產生感知信號，并輸出所述感知信號。

在一些實施例中，檢測目標位置可以由傳感器感知的手的觸摸位置而得到。具體的，可以將手掌的中心位置或者手的指尖位置作為目標位置，也可以結合虛擬物體的特征進一步判斷是將手掌的中心位置還是將指尖位置作為目標位置。例如，對于需要手掌才能抓握的虛擬物體可以采用手掌中心位置作為目標位置(雞蛋等虛擬物體)，對于需要指尖觸碰的虛擬物體可以將手指尖的位置作為目標位置(某些按鈕鍵等)。此外，還可以將手的指向位置作為目標位置，相應的傳感器需要讀取相應手指的指向信息。

在一些實施例中，確定所述目標位置處的虛擬物體具體可以采用目標位置與虛擬物體對應關系表獲得目標位置處的虛擬物體。例如，預先存儲各個位置與虛擬物體的對應關系表，采集當前手指的目標位置，通過查找對應關系表獲得位于目標位置處的虛擬物體。目標位置可以采用二維或者三維坐標進行表征。也可以采用標號等字符串進行表征，這時需要對各個放置虛擬位置的位置點進行統一編碼，一個虛擬物體與一個編碼對應，采用編碼表征觸摸的目標位置。相應的關系表需要存放編碼與虛擬物體的對應關系。

在一些實施例中，根據所述虛擬物體產生控制信號具體可以為通過虛擬物體的屬性信息產生相應的控制信號。或者直接根據虛擬物體產生相應的控制信號，也就是通過預先分析虛擬物體的感知效果進而生成相應的控制信號，當判斷出虛擬物體后直接可以讀取相應的控制信號。

上述的控制信號可以為使相應信號發生器啟動工作的開啟信號或者關閉信號，此外還可以是使得相應信號發生器改變信號強度的信號等。具體的控制信號攜帶的信息可以依據觸摸的虛擬物體的實際特征實時進行調整。

例如，步驟411包含的確定所述目標位置處的虛擬物體，具體可以包括：獲取存儲的多個虛擬物體的位置信息；依據所述多個虛擬物體的位置信息，識別所述目標位置處的虛擬物體。在一些實施例中，虛擬物體對應的位置可以為一個坐標范圍，也可以為虛擬物體中心處的坐標。采用一個坐標范圍與虛擬物體對應時，如果目標位置落在某個虛擬物體b的坐標范圍時則可知此時觸摸的虛擬物體為b；或者如果目標位置落在與某個虛擬物體c的外邊緣相近的某個范圍時(通過設定閾值調整該范圍大小)，則可知此時觸摸的虛擬物體為c。采用一個坐標值表征各虛擬物體的位置信息時，如果目標位置與某個虛擬物體d的坐標值相同時，則目標位置處的虛擬物體為d；如果目標位置與某個虛擬物體e的坐標值的差的絕對值足夠小(例如該差值小于預定的閾值)，則目標位置處的虛擬物體為e。

例如，步驟421根據所述虛擬物體產生所述控制信號可以包括：獲取存儲的所述多個虛擬物體的屬性信息；依據所述多個虛擬物體的屬性信息，獲取所述目標位置處的虛擬物體的屬性信息；以及依據所述目標位置處的虛擬物體的屬性信息生成所述控制信號。例如，屬性信息種類可以包括，涼、熱、光滑、粗糙、振動等。例如，依據屬性信息產生控制信號可以為根據屬性信息判斷需要開啟的信號發生器，并根據屬性信息判斷信號發生器產生的感知信號的強度或頻率等特征信息，之后將該開啟信號與特征信息依據通信協議進行封裝，生成最終的控制信號。

例如，步驟431依據所述控制信號產生所述感知信號可以包括：依據所述控制信號產生光信號、電信號、風信號、震動信號、冷信號和熱信號中的一個或多個。在一些實施例中，控制信號可以攜帶光信號的強度信息、或者振動信號的振動頻率與振動幅度信息，或者冷熱信號的強度信息等。

在一些實施例中，用戶觸摸結束時，控制信號還可以包括關閉相應信號發生器的信號指令。

在一些實施例中，還包括實時監測目標位置是否發生變化的步驟，通過這個步驟可以更新目標位置，并依據更新后的目標位置重復執行上述步驟411至步驟431的操作。

在一些實施例中，由各個信號發生器響應于控制信號分別產生光信號、電信號、風信號、震動信號、冷信號和熱信號中的一個或多個。

本公開實施例在用戶手腕處安裝傳感手環，并有電流、風力發生器通過手環連接懸在手掌周圍，當用戶的手移動到虛擬物體所處坐標時球狀發生器會根據該物體的質地(即屬性信息)在手掌周圍發出微弱電流、風、冷熱等刺激模擬該物體的觸感，使得感官體驗更加豐富，而由于皮膚裸露在空氣中接觸到模擬觸感，所以用戶體驗更加真實。

以上所述，僅為本公開的具體實施方式，但本公開的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本公開揭露的技術范圍內，可輕易想到變化或替換，都應涵蓋在本公開的保護范圍之內。因此，本公開的保護范圍應以所述權利要求的保護范圍為準。