车载终端界面虚拟旋钮的触觉反馈渲染方法与装置.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114860078A(43)申请公布日2022.08.05(21)申请号202210495607.6(22)申请日2022.05.03(71)申请人吉林大学地址130012吉林省长春市前进大街2699号(72)发明人孙晓颖赵轶男韩宇宋瑞(74)专利代理机构吉林长春新纪元专利代理有限责任公司22100专利代理师魏征骥(51)Int.Cl.G06F3/01(2006.01)G06F3/041(2006.01)G06F3/04847(2022.01)G06F3/04883(2022.01)权利要求书3页说明书8页附图5页(54)发明名称车载终端界面虚拟旋钮的触觉反馈渲染方法与装置(57)摘要本发明涉及一种车载终端界面虚拟旋钮的触觉反馈渲染方法与装置，属于汽车电子、虚拟现实与人机交互领域。采用静电力、机械振动、空气压膜中的任意一种或多种方式融合的触觉再现装置，获取到用户与车载终端界面交互时的手指位置信息之后，基于坐标变换方法判断出手势类别，计算出手指旋转旋钮的角度和角速度，建立角速度‑信号频率的映射模型，基于旋转角速度改变手指与屏幕之间摩擦阻力的大小，实现旋转角速度不同，触觉反馈随之改变的效果。本发明实现的触觉效果使司机在颠簸环境下操作旋钮得到提示和确认，防止误触或错过目标点，在驾驶时实现盲控，减轻驾驶员视觉模态和听觉模态的负担，增强驾驶员交互体验，提高驾驶安全性。CN114860078ACN114860078A权利要求书1/3页1.一种车载终端界面虚拟旋钮的触觉反馈渲染方法，采用静电力、机械振动、空气压膜中的任意一种或多种方式融合的触觉再现装置，其特征在于，包括下列步骤：(1)获取用户手指与车载终端用户界面交互时的位置；(2)获取与车载终端用户界面交互手势的类别；(3)获取手指旋转旋钮角度；(4)获取手指旋转旋钮的角速度；(5)建立角速度‑信号频率的映射模型，手指旋转角速度作为输入，施加电压的频率作为输出，基于旋转角速度改变摩擦阻力的大小，实现旋转角速度不同，触觉反馈随之改变的效果；(6)将旋钮平均划分为n个扇区，在扇区与扇区交界处施加幅度不同的脉冲信号，在每个扇区内部的各个刻度线处施加基于角速度‑信号频率映射模型的正弦波信号。2.根据权利要求1所述的车载终端界面虚拟旋钮的触觉反馈渲染方法，其特征在于：所述虚拟旋钮是四周刻有一个或一系列标号的圆盘，可将其旋转360°，用来寻找电台频道、调整音量大小、选择菜单中的项目，所述虚拟旋钮由软件AdobePhotoshopCC绘制，在Unity2017.2.4f1平台上运行并驱动。3.根据权利要求1所述的车载终端界面虚拟旋钮的触觉反馈渲染方法，其特征在于：所述基于静电力、机械振动、空气压膜中的任意一种或多种方式融合的触觉再现装置，其结构包括：(1)定位单元和交互单元：由触觉再现的触控显示屏作为定位单元和交互单元，实现了触觉再现屏和触控定位屏合成一块触觉再现的触控显示屏的“二屏合一”技术，触觉再现的触控显示屏由实现定位功能的装置、两个压电陶瓷片和静电力触摸屏组成，装置背部固定有6个振动电机，既能实现定位功能，实时地跟踪手指的位置坐标，并将该坐标信息发送到处理单元；也能实现交互功能，可以同时改变手指受到的切向力和法向力，使手指皮肤产生周期性变化的形变，实现三维的触觉再现感受；(2)处理单元：用平板作为处理单元，易于集成到车载终端，操作方便，显示清晰，用于输出视觉信息，接收定位单元实时发送过来的手指的位置信息，同时对手指位置处的图像进行渲染得到触觉驱动信号的幅度、频率、波形参数，并将该参数发送到驱动单元；(3)驱动单元：内含高压驱动电路，由信号发生器和放大器组成。驱动单元根据处理单元发送过来的驱动信号参数生成相应的驱动信号，并将该信号输入到交互单元进行驱动。4.根据权利要求1所述的车载终端界面虚拟旋钮的触觉反馈渲染方法，其特征在于：所述步骤(1)的实现方法如下：获取用户手指与车载终端用户界面的交互位置的方法包括但不限于使用红外定位单元对手指进行实时跟踪并记录。5.根据权利要求1所述的车载终端界面虚拟旋钮的触觉反馈渲染方法，其特征在于：所述步骤(2)的实现方法如下：1)建立二维坐标系，X轴代表水平方向，Z轴代表垂直方向，将手势的动作拟化到坐标系上，X轴拟化为手指的向左移动或向右移动，Z轴拟化为手指相对于目标的靠近或离开，目标指手势的作用对象，此处指虚拟旋钮；2)在X轴方向上有效区段内等间距设置K个红外线传感器Ri(i≤K)，用于采集手部的红外数据，其中K≥2.有效区域指能够触发红外中断的手势所在坐标系内的区域，有效区段指2CN114860078A权利要求书2/3页有效区域分别映射至X轴和Z轴的部分；3)当手势处于有效区域时，系统开始对各传