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专利号: 2021104003456
申请人: 三峡大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 计算;推算;计数
更新日期:2024-11-13
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.具有触觉模拟和情绪感知的虚拟场景体验系统,其特征在于,包括场景计算机(1)以及分别与其通讯连接的显示终端(3)、触觉模拟和反馈装置(2),所述触觉模拟和反馈装置(2)佩戴在用户肢体上,它包括微处理器(201)以及分别与其连接的第二通信模块(202)、定位模块(205)和皮肤触觉模拟模块(203);皮肤触觉模拟模块(203)根据显示终端展示的场景和用户的肢体位置,对皮肤触觉模拟模块接触的皮肤产生不同的压力、剪切力,模拟出用户触摸场景中物体的触感。

2.根据权利要求1所述的具有触觉模拟和情绪感知的虚拟场景体验系统,其特征在于,所述述触觉模拟和反馈装置(2)还包括生理信号模块(208),生理信号模块(208)包括分别与微处理器连接的血压传感器、肌电传感器和脑电传感器。

3.根据权利要求1所述的具有触觉模拟和情绪感知的虚拟场景体验系统,其特征在于,所述皮肤触觉模拟模块(203)包括穿戴在用户肢体上的纤维布(2031)以及纤维布孔中布置的触觉片(2036),触觉片(2036)外部设有与纤维布固定连接的限位环(2032),触觉片(2036)四周多个连接点与沿限位环(2032)均匀分布的纤维绳(2033)的末端连接,纤维绳(2033)远离触觉片端与细管中的微型活塞(2034)固定连接,细管(2035)与液压机构连接,细管(2035)中充满液压流体,在液压机构的驱动下,触觉片(2036)四周不同方向的细管中液压流体具有不同的压强,使得不同方向的与细管中活塞连接的纤维绳产生不同的拉力,触觉片(2036)在不同方向纤维绳的不同大小的拉力的作用下,对与其接触的用户体皮肤产生压力和剪切力。

4.根据权利要求3所述的具有触觉模拟和情绪感知的虚拟场景体验系统,其特征在于,所述述触觉模拟和反馈装置(2)还包括微型液压模块(204),细管(2035)与微型液压模块的细管接头(2041)连接。

5.根据权利要求1所述的具有触觉模拟和情绪感知的虚拟场景体验系统,其特征在于,所述触觉模拟和反馈装置(2)还包括与微处理器连接的陀螺仪传感器(207)。

6.根据权利要求1所述的具有触觉模拟和情绪感知的虚拟场景体验系统,其特征在于,所述显示终端为VR头盔。

7.如权利要求2‑6任意一项所述的虚拟场景体验系统的方法,其特征在于,包括以下步骤:

步骤1:场景计算机通过显示终端向用户展示虚拟场景,用户佩戴触觉模拟和反馈装置与场景计算机进行交互;

步骤2:场景计算机捕捉用户在虚拟场景中的触摸行为;

步骤3:根据用户的触摸对象,场景计算机控制触觉模拟和反馈装置,在用户身上产生触觉体验;

步骤4:触觉模拟和反馈装置的生理信号模块采集用户的生理信号;

步骤5:根据实时采集的用户的生理信号,判断用户的情绪。

8.根据权利要求7所述的方法,其特征在于,步骤5包括以下子步骤:步骤5.1:采集不同用户不同情绪下的脑电、肌电、血压信号,提取生理信号特征的脑电特征向量、肌电特征向量、血压特征向量,得到用户的生理信号特征向量组,并人工标记每个试次的生理信号特征向量的情绪标签;

步骤5.2:初始化融合系数矩阵,对每个试次的脑电特征向量、肌电特征向量、血压特征向量进行融合,,得到融合特征向量矩阵,将融合系数矩阵的特征值作为粒子群的粒子,利用粒子群优化算法对融合系数矩阵进行优化,使得经融合系数矩阵计算的生理信号特征向量组的融合数值与其标记的情绪标签相适应,得到初次优化的融合系数矩阵;

步骤5.3:利用融合系数矩阵,对步骤5.1采集的用户生理信号特征进行融合,得到每个试次的融合特征向量矩阵,并结合人工对其标记的情绪标签,构建训练数据集;

步骤5.4:对训练数据集采用一对多支持向量机进行训练,计算适应度,更新融合系数,达到预定适应度后停止训练,得到多个带情绪标签的训练网络模型;

步骤5.5:从实时采集的用户的生理信号中提取特征向量组,利用融合系数矩阵得到融合特征矩阵,利用训练网络模型对融合特征矩阵进行训练后使用一对多支持向量机进行分类,分类结果与情绪标签进行匹配,将匹配程度最好的情绪标签作为用户的情绪判断结果。

9.根据权利要求8所述的方法,其特征在于,步骤5.1采用共空间模式算法从用户的脑电信号中提取脑电特征向量。

10.一种皮肤触觉模拟装置,其特征在于,它包括穿戴在用户肢体上的纤维布(2031)以及纤维布孔中布置的触觉片(2036),触觉片(2036)外部设有与纤维布固定连接的限位环(2032),触觉片(2036)四周多个连接点与沿限位环(2032)均匀分布的纤维绳(2033)的末端连接,纤维绳(2033)远离触觉片端与细管中的微型活塞(2034)固定连接,细管(2035)与液压机构连接,细管(2035)中充满液压流体,在液压机构的驱动下,触觉片(2036)四周不同方向的细管中液压流体具有不同的压强,使得不同方向的与细管中活塞连接的纤维绳产生不同的拉力,触觉片(2036)在不同方向纤维绳的不同大小的拉力的作用下,对与其接触的用户体皮肤产生压力和剪切力。