触觉技术如何运作乐动-软件

通过:William Harris

三星Anycall触觉。查看更多手机图片
礼貌三星

如果你认为Apple iPhone令人惊叹,然后盛宴你的眼睛 - 和手指 - 从三星的这款手机上。被称为Anycall触觉,手机具有大型触摸屏显示就像iPhone一样。但是,苹果公司的革命小工具更好,至少现在:它使用户能够感受点击,振动和其他触觉输入。乐动体育网站5.0总而言之,它为用户提供了22种触摸感觉。

这些感觉解释了名称中触觉术语的使用。触觉是来自希腊语“冰球海”的意思是触摸。作为形容词,它意味着与触摸感或基于触摸感。作为名词,通常以复数形式使用(触觉),这意味着触摸感的科学和生理学。科学家几十年来研究了触觉,而且他们对触感的生物学了解了一点。乐动体育网站5.0例如,他们知道,皮肤中的任何类型的受体以及如何在中枢神经系统和接触点之间来回穿梭信息。

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不幸的是,计算机科学家们非常困难地将这种基本的理解转移到他们的触摸虚拟现实系统。视觉和听觉线索在计算机生成的模型中很容易复制,但触觉线索更为问题。几乎不可能通过典型的界面使用户能够感受到计算机心中发生的事情。当然,键盘允许用户输入单词,并且乐动体育网站5.0操纵杆和方向盘可以振动。但是用户如何触摸虚拟世界内部的内容?例如,如何携带视频游戏玩家感受到他或她的角色武器的硬,冷钢?宇航员如何,在计算机模拟器中训练,感受到虚拟月亮岩的重量和粗糙的质地?

自20世纪80年代以来,计算机科学家一直试图回答这些问题。他们的领域是一个专门的触觉子集,称为计算机触觉。在接下来的几页上,我们将介绍触觉技术如何工作:乐动-软件

  • 将计算机触觉与相关领域相关的触觉研究
  • 表征现实虚拟触摸所需的触觉反馈类型
  • 在开发或目前在市场上审视触觉系统
  • 探索电流和潜在应用

当然,有希望的触觉未来归功于其历史。在下一节中,我们将研究历史,了解计算机触觉落在触觉上的连续性上。

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触觉连续体

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Hiro乐动体育网站5.0,触觉界面机器人,帮助用户在2005年日本世界博览会的原型机器人展期间感受恐龙。
Junko Kimura /盖蒂张照片

作为一项研究领域,触觉与自动化的兴起和演变密切平行。在工业革命之前,科学家们侧重于生物的触感。生物学家了解到即使是简单的生物,如海蜇和蠕虫,拥有复杂的触感响应。在20世纪的早期部分,心理学家和医学研究人员积极研究人类如何触感。如此,这种科学分支被称为人类的触觉乐动体育网站5.0而且它透露,人手,与触摸感相关的主要结构非常复杂。

用27个骨头和40个肌肉,包括位于前臂的肌肉,手提供了巨大的灵活性。科学家使用已知为的概念量化这一灵巧性自由程度。自由度是单个关节提供的运动。因为人类的手包含22个关节,所以它允许使用22度自由的运动。覆盖手的皮肤也富含受体和神经,神经系统的组成部分,使触摸感应触摸和脊髓。

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然后是机器和机器人的发展。这些机械设备也必须触及和感受到他们的环境,因此研究人员开始研究这种感觉如何转移到机器上。时代机器触觉已经开始了。允许与远程物体触觉触觉相互作用的最早的机器是放置在杆的末端的简单杠杆和电缆驱动的钳子。通过移动,定向和挤压手枪握把,工人可以远程控制钳子,可用于抓住,移动和操纵物体。乐动体育网站5.0

在20世纪40年代,这些相对粗略的远程操纵系统得到改善,以服务核和危险物质产业。通过机器界面,工人可以操纵毒性和危险物质而不会冒险暴露。最终,科学家开发了更换机械连接的设计电机和电子信号。这使得可以比以往更有效地向远程操纵器通信到远程操纵器。

下一个大型进程以电子计算机的形式达到。起初,计算机用于控制真实环境中的机器(想想在汽车组装工厂中控制工厂机器人的计算机)。但到了20世纪80年代,计算机可以生成虚拟环境 - 3-D世界可以投入用户。在这些早期虚拟环境中,用户只能通过视觉和声音接收刺激。与模拟物体的触觉交互持续多年。

然后,在1993年,马萨诸塞州理工学院(麻省理工学院)的人工智能实验室建造了一种提供触觉刺激的装置,最终使得可以触摸和感受到计算机生成的对象。乐动-软件研究该项目的科学家们开始将他们的研究领域描述为计算机触觉,以区分其从机器和人类触觉。如今,计算机触觉被定义为所需的系统 - 两个硬件和软件 - 渲染虚拟对象的触摸和感觉。这是一个快速增长的领域,它产生了许多有希望的触觉技术。乐动-软件

在我们更详细地查看一些这些技术之前,让我们来看看触摸感觉的类型,乐动-软件触觉系统必须提供成功。

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触觉反馈类型

虽然许多视频游戏玩家按名称可能不了解触觉技术,但他们可能知道有力反馈是什么 - 它在游戏控乐动-软件制器上销售多年。“width=
虽然许多视频游戏玩家按名称可能不了解触觉技术,但他们可能知道有力反馈是什么 - 它在游戏控乐动-软件制器上销售多年。
©2008 乐动体育英超直播HowstuffWorks.

当我们用手探索我们周围的世界时,我们会收到两种类型的反馈 -kinesthetic.。要了解两者之间的差异,请考虑一下到达的手,拾取并探索一个棒球。当手达到球并调节其形状以掌握,产生描述关节角度,肌肉长度和张力的独特数据点。乐动体育网站5.0该信息由嵌入在肌肉,肌腱和关节中的专门的受体组收集。

被称为预言人,这些受体向大脑携带信号,它们由脑皮质的躯体感觉区域加工。这肌肉主轴是一种类型的预丙基维因子,提供有关肌肉长度变化的信息。这Golgi Tendon器官是另一种类型的丙虫蜜蜂,提供有关肌肉张力变化的信息。大脑处理这种通知信息,以提供棒球尺寸和形状的感觉,以及其相对于手臂和身体的位置。乐动体育网站5.0

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当手指接触球时,在手指垫和球面之间进行接触。每个指垫是含有皮肤和下面组织中的受体的复杂感觉结构。这些受体有很多类型的这些受体,每种类型的刺激剂:轻触,重触感,压力,振动和疼痛。来自这些受体集体的数据有助于大脑理解有关球的微妙触觉细节。随着手指探索,它们感觉到皮革的更平滑的质地,鞋带的凸起粗糙度和作为力的球的硬度。甚至通过触觉受体感测球的热性质。

强制反馈是一个经常用于描述触觉和/或动力学反馈的术语。随着我们的棒球示例说明,力反馈非常复杂。然而,如果一个人感受任何忠诚的虚拟对象,那么强制反馈正是该人必须收到的信息。计算机科学家开始研究设备 - 触觉接口设备 - 这将允许用户通过强制反馈感受虚拟对象。早期尝试并没有成功。但正如我们将在下一节看到的那样,新一代触觉接口设备正在提供无与伦比的性能乐动体育网站5.0,保真度和易用性。

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触觉系统

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来自感性技术的幻像线中的入门级设备乐动-软件

创建触觉系统有几种方法。虽然它们可能看起来很奇妙,但它们都有两个共同的重要事项 - 软件,以确定当用户的虚拟身份与对象交互时导致的力量以及那些力可以应用于用户的设备。软件用于执行其计算的实际过程触觉渲染。通用渲染方法使用多面体模型来表示虚拟世界中的对象。这些3-D模型可以准确地描绘各种形状,并且可以通过评估力线与对象的各个面相互作用来计算触摸数据。可以使这种3-D对象感到坚固并且可以具有表面纹理。

将触觉图像传送给用户的工作均落到接口设备。在许多方面,接口设备类似于鼠标,除了鼠标是无法将任何合成的触觉数据传送给用户的被动设备。让我们来看看一些特定的触觉系统来了解这些设备的工作原理。

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  • 来自感性技术的Phantom®接口是首批待售的触觉系统之一。乐动-软件它的成功在于它的简单性。这种触觉设备而不是尝试从许多不同点显示信息,而不是在单个联系人点击触摸。它通过触控笔实现这一点,该触控笔连接到灯泡状臂。三个小型电动机通过施加触笔上的压力来为用户提供强制反馈。因此乐动体育网站5.0,用户可以感受到虚拟气球的弹性或砖墙的固有。他或她也可以感受纹理,温度和体重。手写笔可以定制,以便它与任何对象紧密相似。例如,它可以配备注射器附件,以模拟在发射时刺穿皮肤和肌肉的感觉。
  • Cyber​​Gravs系统,来自浸没公司乐动体育网站5.0的另一个商业触觉界面,采用不同的方法。此设备像用户一样适合用户的整个手外骨骼并为每个手指添加电阻力反馈。五个致动器产生沿着将指尖连接到外骨骼的肌腱传递的力。使用Cyber​​ Grav系统,用户能够感受到只存在于计算机生成的世界中的虚拟对象的大小和形状。为确保用户的手指不会渗透或粉碎虚拟固体对象,可以单独编程执行器以匹配对象的物理属性。
  • Carnegie Mellon University的研究人员正在尝试使用触觉界面,不依赖于驱动的联动或电缆设备。相反,他们的界面使用强大的电磁铁浮现一个看起来像操纵杆的手柄。用户操纵悬浮的工具句柄以与计算的环境进行交互。当她移动并旋转手柄时,她可以感受模拟物体的运动,形状,电阻和表面纹理。这是基于悬浮的技术的重要优势之一:它减少了摩擦和其他干扰,因此用户体验不太分心,并且保持沉浸在虚拟环境中。乐动-软件它还允许在六个自由度(与入门级幻象界面相比,仅允许三个有效的自由度)。磁悬浮触觉界面的一个缺点是其足迹。整个柜子需要容纳Maglev设备,电源乐动体育网站5.0,放大器和控制处理器。用户手柄从嵌入机柜顶部的碗突出。

正如您可以想象的那样,我们这里描述的系统可以很贵。这意味着该技术的应用仍然仅限于某些行业和专业类型的培训。乐动-软件在下一页,我们将探讨触觉技术的一些应用。乐动-软件

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触觉技术的应用乐动-软件

想到申请触觉的方法并不难。视频游戏制造商一直是被动触觉的早期采用者,可利用振动操纵杆,控制器和方向盘来加强屏幕活动。但是未来的视频游戏将使玩家能够感受和操纵虚拟固体,流体,工具和头像。Novint Falcon触觉控制器已经使这承诺成为现实。3-D强制反馈控制器允许您在箭头拉回箭头时讲述手枪报告和霰弹枪爆炸之间的差异,或者感受长弓串的阻力。

图形用户界面,例如定义Windows和Mac操作环境的用户界面,也将从触觉交互中受益匪浅。想象一下,可以感受图形按钮并在按下按钮时接收强制反馈。一些触摸屏制造商已经尝试了这项技术。乐动-软件诺基亚电话设计师完善了一个触觉触摸屏,使屏幕按钮表现得好像是真正的按钮。当用户按下按钮时,他或她感到动作和运动。他还听到了一个可听的点击。诺基亚工程师通过将两个小型压电传感器垫放置在屏幕下面并设计屏幕,以便在压制时稍微移动。一切 - 移动和声音 - 与模拟实际按钮操作完美同步。

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虽然几家公司正在加入Nokint和Nokia,但在推动将触觉界面融入主流产品中,仍然是一个障碍。在工业,军事和医疗应用中发现了最复杂的触摸技术。乐动-软件触觉训练越来越普遍。例如,医学生现在可以在计算机上完善外科手术技术,感觉患者在吻合血管中缝合血管或将肉毒杆菌毒素注入虚拟脸的肌肉组织。乐动-软件飞机机械师可以使用复杂的零件和服务程序,触摸他们所看到的一切电脑屏幕。士兵可以以各种方式为战斗做好准备,从学习如何解散一个炸弹操作A.直升机虚拟作战场景中的坦克或战斗机。

触觉技术也广泛乐动-软件用于遥操作,或托管托管。在一个传送器系统中,人工操作员控制a的运动乐动体育网站5.0机器人这远远距离。一些漫门动物的机器人限于非常简单的任务,例如瞄准a相机并发送回视觉图像。以一种更复杂的形式的遥操作形式称为妖精,人类操作员具有位于机器人的环境中的感觉。除了在远程呈现模型中的音频和视觉线索之外,触觉现在可以包括触摸提示。在天文学家和行星科学家们实际上持有并操纵一个先进的触觉的触手可球 - 一种高触摸版的火星探索流动廊。

在下一页上,我们会查看触觉技术如何在其重要性中获得,并且在某些应用中正成为必不可少的。乐动-软件

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触觉技术的重要性乐动-软件

视频游戏,添加触觉功能很好。它增加了游戏的现实,结果是用户的满意度。乐动体育网站5.0但在培训和其他应用中,触觉界面至关重要。这是因为触摸感传达了有关对象的丰富和详细信息。当它与其他感官相结合时,尤其是视线,触摸显着增加发送到大脑的信息量以进行处理。信息的增加会降低用户错误,以及完成任务所需的时间。乐动体育网站5.0它还降低了在遥操作情况下使用的能量消耗和接触力的大小。

显然,三星希望通过引入任何触觉手机来利用其中一些好处。诺基亚将在引入带有触觉触摸屏的手机时甚至更远地推动信封。是的,这些手机会很酷看。而且,是的,他们会很酷的触摸。但是,它们也将更容易使用,触摸的特征导致输入错误较少,整体更加令人满意的体验。

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如果您想了解有关触觉和相关技术的更多信息,请查看下一页上的链接。乐动-软件

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更多的联系方式

  • 浸没公司。“触觉的价值:最近关于触觉反馈价值的结果。”http://www.immersion.com/corporate/press_room/pdfs/value-of-haptics_may07v1-lr.pdf.
  • 浸入公司网站http://www.immersion.com/
  • 微动系实验室http://www.msl.ri.cmu.edu/
  • 佩斯维茨,大卫。“在网络空间中变得真实。”科学的美国礼物:你的新感官,1999年。
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