基于静电力触觉交互界面关键技术的研究

Currently visual and auditory interfaces are often used to communicate between human and computer. With the increase of interactive information, there are several interactive issues have become the bottleneck of human-computer interaction development, such as single interactive method, heavy cognitive burden and weak sensation of reality. Tactile interaction gradually becomes an important direction of expanding interactive bandwidth due to the characteristics of high tactile reality, strong vitality and rich interactive information. This project research work will deeply analyses and descriptor the electrovibration principle and the interaction characteristics. We will study the motion models, interaction primitives and active excitation mechanism based on electrostatic tactile sensation in typical interactive tasks. We want to apply these knowledge to establish the basic theory frame and interface model of electrostatic tactile interaction, and study the seamless tactile fusion methods of electrovibration and mechanical vibration. At the same time, we will build a prototype system based on electrostatic tactile interface for typical application areas. Finally, the project will combine the EMG and EEG physiological signals and interactive evaluation effectors to evaluate the user availability of the proposed system.This project will provide original theories and core techniques for the study of a new generation of tactile user interface.

虽然基于视觉和听觉的交互方式目前占主导地位，但是由于交互信息与日俱增，交互方式单一、认知负担重、真实感缺失等交互问题已经成为限制人机交互发展的瓶颈。触觉交互具有真实感高、生动性强、交互信息丰富等特点，逐渐成为拓展交互带宽的重要方向。本项目研究工作通过深入分析并描述静电力触觉产生原理和交互特征，在典型交互任务中研究基于静电力触觉的运动模型、交互原语和主动激励机制，建立静电力触觉交互基本理论框架和界面模型，研究静电力和机械振动无缝触觉融合方法，同时，本项目将针对典型应用领域搭建基于静电力触觉交互界面的原型系统。最终，本项目将结合肌电和脑电等生理信号及交互评价指标综合评测系统的用户可用性。本项目的研究开展符合用户自然的界面设计需求，为发展新一代触觉交互界面提供基本理论和核心技术准备。

触觉作为人类最重要的感觉之一，可有效地进行自然感知、身体感知以及环境感知，具有真实感高、生动性强、交互信息丰富等特点，逐渐成为交互领域发展的一个重点关注方向。静电力触觉是振动触觉的一种表现形式，它利用手指和触觉面板中的电极构成电容，在电极上施加激励信号产生周期性变化的静电吸引力。当手指移动时，通过静电力周期性振动改变摩擦力呈现触觉。静电力触觉具有实时性好、细节展现力强、真实感丰富等特点，它的出现实现低成本触觉反馈，使便携设备上的裸指触觉交互成为可能，为建立基于静电力的自然触觉界面提供硬件基础准备，在商业、教育、科研、娱乐等众多领域具有十分广阔的应用前景。.依托项目组成员在人机交互领域多年的研究基础，利用科研团队自研的静电力触觉设备，通过交互理论的指导，建立基于静电力触觉交互界面的基础理论框架和用户模型，研究交互基本任务过程中的静电力影响因素，基于经典交互划线任务，研究了静电力触觉反馈对移动终端交互性能的影响，通过理论推导对Steering law交互精度-效率模型在静电触觉反馈下的表达式进行了改进和优化，分析了改进的交互模型的适用性。探索了静电力及传统振动反馈条件下对手势输入交互的影响。利用高采样率惯性测量单元基于上下文感知方法对用户的交互意图进行准确识别，提出了静电力搭载本体多媒体终端上基于压力的触觉交互界面设计，突破静电力交互界面中的关键技术，并以此为指导，设计并实现原型系统，通过理论方法定性定量分析静电力触觉反馈机制，为基于静电力触觉的交互界面设计打下坚实的理论基础。.本项目执行期间共发表学术论文33篇，获得中国商业联合会科学技术三等奖1项，申请及授权中国发明专利7项，完成了项目申请时计划书列出的学术交流与学生培养要求，建立了一支学术水平高、结构合理的研究队伍。该研究的开展，一方面为静电力触觉交互界面的研究提供有力的理论基础知识储备，另一方面对提升触觉再现技术在关键产业的应用具有重要的社会和经济意义。.