BR112017017877B1 - Aperfeiçoamento em algoritmo de sistema tátil - Google Patents

Abstract

APERFEIÇOAMENTO EM ALGORITMO DE SISTEMA TÁTIL. Se refere a um sistema proporcionando técnicas de processamento melhoradas para retorno tátil em que um campo acústico é definido por um ou mais pontos de controle dentro de um espaço em que o campo acústico pode existir. A cada ponto de controle é designado um valor de amplitude de acordo com a amplitude desejada do campo acústico no ponto de controle e transdutores são controlados para criar um campo acústico exibindo a amplitude desejada em cada ponto. Quando a pela humana interage com o campo acústico, as vibrações são interpretadas pelos mecanoreceptores estimulados que enviam sinais para o cérebro via sistema nervoso.

Description

Depósitos relacionados

[0001] Este pedido reivindica o benefício dos seis Pedidos de Patente Provisória nos Estados Unidos, todas as quais são incorporadas por referência na sua totalidade:

[0002] 1. N ° de Série 62 / 118.543, depositado em 20 de Fevereiro de 2015.

[0003] 2. N ° de Série 62 / 141,935, depositado em 2 de Abril de 2015.

[0004] 3. N ° de Série 62 / 193.125, depositado em 16 de Julho de 2015.

[0005] 4. N ° de Série 62 / 193.194, depositado em 16 de Julho de 2015.

[0006] 5. O número de série 62 / 268,573, arquivado em 17 de Dezembro de 2015.

[0007] 6. N ° de Série 62 / 275.002, depositado em 5 de Janeiro, de 2016.

[0008] A presente divulgação refere-se geralmente a um aperfeiçoamento das técnicas de processamento de algoritmo baseados em sistemas de meios táteis.

Antecedentes

[0009] É conhecida a utilização de uma distribuição contínua de energia sonora, que será aqui referida como um "campo acústico", para uma gama de aplicações, incluindo retorno tátil.

[0010] Sabe-se controlar um campo acústico através da definição de um ou mais pontos de controle num espaço dentro do qual o campo acústico possa existir. Cada ponto de controle é atribuído um valor de amplitude que equivale a uma amplitude desejada do campo acústico no ponto de controle. Os transdutores são então controlados para criar um campo acústico exibindo a amplitude desejada em cada um dos pontos de controle. Quando a pele humana interage com o campo acústico, as vibrações da pele são interpretadas por mecanorreceptores animados e enviando sinais para o cérebro através do sistema nervoso.

[0011] Quando utilizando o meio ar, a tecnologia háptica funciona focalizando som com uma frequência de portadora de ultrassons a um ponto ou pontos no espaço acima dos transdutores. Em seguida, esta é modulada por uma onda de baixa frequência que gera a sensação háptica.

[0012] No entanto, a implementação do mundo real dos sistemas de retorno tátil pode exigir melhorias de processamento, a fim de melhor simular características do retorno tátil desejadas em tempo real. Os sistemas conhecidos sofrem de limitações, na medida em que é difícil de contabilizar muitos pontos de controle de uma só vez ao conseguir taxas de atualização rápida para o estado dos transdutores, campo acústico e, portanto, controlar os pontos. Atualizações rápidas e eficientes são necessárias para um sistema comercialmente viável.

[0013] Por conseguinte, um sistema que fornece várias técnicas de processamento melhoradas para o retorno tátil é desejável.

Breve descrição das figuras

[0014] As figuras anexas, onde números de referência semelhantes se referem a elementos idênticos ou funcionalmente semelhantes ao longo das vistas individuais, juntamente com a descrição pormenorizada a seguir, são incorporados na e formam parte da especificação, e servem para ilustrar ainda mais formas de realização dos conceitos que incluam a invenção reivindicada, e explicar vários princípios e vantagens dessas formas de realização.

[0015] A Figura 1 é uma vista de uma série de dispositivos que produzem uma única frequência portadora.

[0016] Figura 2 é uma vista de uma série de dispositivos que ilustram o efeito disruptivo sobre o foco mostrado na Figura 1.

[0017] A Figura 3 é uma vista de uma série de dispositivos que mostram a criação de uma zona de contacto onde a frequência de modulação é focada.

[0018] A Figura 4 é uma montagem de filas das mesmas formas produzidas por tomar fatias de uma simulação do campo acústico.

[0019] A Figura 5 mostra a amplitude de uma forma de estrela utilizada para demonstrar retorno tátil em um campo acústico.

[0020] A Figura 6 mostra a fase de uma forma de estrela utilizada para demonstrar retorno tátil em um campo acústico.

[0021] A Figura 7 mostra a amplitude da forma de estrela utilizada para demonstrar retorno tátil em um campo acústico após o método descrito ser aplicado.

[0022] A Figura 8 mostra a fase da forma de estrela utilizada para demonstrar retorno tátil em um campo acústico após o método descrito ser aplicado.

[0023] A Figura 9 é um diagrama da saída de um único transdutor a partir da perspectiva de um único ponto do foco.

[0024] As Figuras 10 e 11 mostram a interpolação para um único transdutor entre dois estados.

[0025] Os especialistas na técnica irão apreciar que os elementos nas Figuras são ilustrados para simplicidade e clareza e não foram necessariamente desenhados em escala. Por exemplo, as dimensões de alguns dos elementos nas figuras podem ser exageradas em relação a outros elementos para ajudar a melhorar a compreensão das formas de realização da presente invenção.

[0026] Os componentes de aparelho e método foram representados, eventualmente, por símbolos convencionais nos desenhos, que mostram apenas os pormenores específicos que são pertinentes para a compreensão das formas de realização da presente invenção, de modo a não obscurecer a divulgação com detalhes que serão facilmente evidentes para os peritos na arte tendo o beneficio da presente descrição. Descrição detalhada

[0027] I. Focalização com múltiplas frequências em um sistema de tátil

[0028] Um exemplo simples com um único foco pode ser obtido através do cálculo da distância a partir do ponto onde o foco deve ser criado em cada transdutor. Em seguida, esta distância é dividida pelo comprimento de onda e a parte fracionária multiplicada pelo período para encontrar o atraso, de forma que todas as ondas cheguem juntas. Para dispositivos pequenos, a frequência da portadora ultrassônica implica um comprimento de onda que é pequeno em comparação com a variação no transdutor de distâncias de pontos de foco desejados, sendo assim necessário focalização para garantir um forte sinal em um ponto. Para pequenos dispositivos, este não é o caso para o comprimento de onda da frequência de modulação. O comprimento de onda da frequência de modulação é grande em comparação com a variação no transdutor a distância de pontos de foco desejada, de modo que a frequência de modulação pode ser simplesmente sincronizada.

[0029] Para alguns formatos maiores, tais como, por exemplo, uma barra de som da TV, este não é o caso. A frequência de modulação vai cair fora da fase na região tátil, misturando os estados do campo acústico e enfraquecendo o retorno. O problema pode ser resolvido mediante a aplicação de um esquema de focalização multiponto para a portadora e a onda modulada que permite que múltiplos conjuntos de pontos fortes de realimentação sejam produzidos em grandes separações a uma grande distância do dispositivo.

[0030] O primeiro passo é segmentar do sistema de pontos focais na frequência da portadora em regiões, que podem se encaixar dentro das áreas focais da frequência de modulação. Estes são necessários na ordem de metade de um comprimento de onda da frequência de modulação de diâmetro. Uma vez que o objetivo é assegurar que a frequência de modulação esteja em fase na área de retorno, ambas as modulações de dois lados de fase e anti-fase devem caber dentro da área focal da frequência de modulação.

[0031] Em seguida, o sistema é aplicado para produzir deslocamentos de fase de frequência de modulação para todas as áreas focais de frequência de modulação. É agora possível resolver os deslocamentos de fase de ultrassom para o sistema de foco multiponto na frequência da portadora como normal. Uma vez que a modulação está em fase, a modulação irá comportar-se normalmente apenas como em uma matriz menor.

[0032] Nas figuras anexas 1-3, instantâneos de simulação de campos acústicos foram escolhidos para avaliar comparativamente a força de três abordagens de focalização. Os pequenos círculos pretos cheios ao longo da borda de cada figura representam elementos de transdutor que tenham sido configurados para reproduzir um ponto de controle. O diâmetro do círculo inserido em cada instantâneo é o comprimento de onda da frequência de modulação.

[0033] A Figura 1 ilustra uma vista de um dispositivo de produção de uma única frequência portadora focalizada em um ponto (mostrado no círculo). O dispositivo foi configurado para produzir um foco no centro do círculo, utilizando o exemplo simples acima.

[0034] Figura 2 é uma vista que ilustra o efeito disruptivo sobre o foco (mostrado no círculo) com base na Figura 1 depois que uma modulação de frequência mais baixa é aplicada de forma síncrona para todos os transdutores. Esta é a abordagem usual para pequenas constelações de transdutores. Neste caso, no entanto, o comprimento de onda de frequência de modulação é semelhante a ou menor que a diferença na linha de comprimento vista a partir de um ponto de controle para cada dispositivo emissor. Isto resulta em contraste reduzido na onda no foco, revelando uma resposta háptica mais fraca.

[0035] A Figura 3 mostra a solução proposta: um instantâneo mostrando a criação de uma área focal (mostrada no círculo de inserção), onde a frequência de modulação é focada. Isto é conseguido através da aplicação tanto da modulação proposta de focalização e à colimação da frequência da portadora para o dispositivo em paralelo, que restaura a força para o ponto de controle no foco.

[0036] A técnica, como mostrado na Figura 3 não está limitada a assegurar que a portadora e frequências moduladas se comportem corretamente. Um som audível de entrada pode ser filtrado para torná-lo adequado para a projeção de ultrassons, antes de ser dividido nas suas frequências componentes, tais como quando uma transformada de Fourier é empregue. Estas frequências individuais podem ser focadas num ponto para gerar uma repartição não linear fazendo som ser gerado no ponto. Se as frequências componentes são compartilhadas, elas podem ser geradas em diferentes configurações em lugares diferentes, permitindo que vários sons sejam criados em posições diferentes e discretas. Como o ouvido humano não é sensível à fase, a resolução de fase pode ser aplicada e a fase relativa pode ser randomizada sem degradação do sistema.

[0037] II. Multiplexação de Amplitude com Autovetores Dominantes em um sistema Tátil.

[0038] Ela é útil para proporcionar um sistema e método para proporcionar um melhor retorno tátil utilizando multiplexagem de amplitude com um vetor próprio dominante.

[0039] Solução de ponto de controle único ótima.

[0040] A solução ideal para um único ponto de controle pode ser derivada dos primeiros princípios pela resolução algébrica de um sistema linear Ax = b, onde A é o sistema linear de 1 xn sobreposições de funções de onda (essencialmente um vetor da linha). Este sistema reflete um sistema com um único ponto de controle na posição x 0 com o comportamento desejado do campo acústico (amplitude e fase) nesse ponto representado pelo complexo coeficiente Y c : [Equação 1] Em que Zi (x 0 ) ... Z n (x £ ) são as funções de onda do campo acústico criado pelas emissões sonoras de frequência única dos emissores 1,., n e Yi, ..., Y N (o vetor JC) são os coeficientes complexos de ativação que resolvem o sistema linear. Y c (o vetor b) é a função comportamento de onda pretendida (amplitude e fase) no ponto de controle.

[0041] A solução da norma mínima para um sistema linear, neste caso, a solução com as mais baixas amplitudes de ativação exigidas, pode ser encontrada por pré-multiplicação da matriz com o pseudoinverso Moore-Penrose. O complexo sistema linear Ax = b tem então uma solução com mais baixas amplitudes de ativação dadas por x = A H (AA H ) ~ 1 b. O coeficiente de ativação para um dado emissor de q pode então ser escrito como: [Equação 2] onde a linha superior indica a conjugação complexa.

[0042] B. Emissor genérico para transdutor específico.

[0043] Em vez de utilizar uma função separada para cada emissor, se os transdutores estão emitindo para o espaço livre uma função modelo de onda única pode ser criada para representar cada um dos transdutores por utilização de uma matriz 4 x 4 transformar t q para dentro do espaço do transdutor modelo (denotado *). A função de transdutor para uma fase de deslocamento zero e amplitude unitária pode ser escrita como: [Equação 3], de modo que as alterações de amplitudes e fases dos transdutores podem ser representadas pela multiplicação desta função de onda por uma constante complexa.

[0044] C. Encontrando Efeitos localizados.

[0045] Um ponto de controle tem amplitude e fase. Para aplicações táteis, a fase é imaterial, e por isso pode ser usada para encontrar a melhor maneira de criar as amplitudes desejadas nos pontos de controle no espaço.

[0046] O controle de pontos de ativação Y c é representado como um valor complexo de um Acei0cc. Para saber o efeito que a ativação de um ponto de controle tem sobre seus vizinhos, a amplitude e a fase compensada devem ser definidas como um ponto de referência, tais como a amplitude unidade na linha real. À medida que o ponto de controle tem uma amplitude unitária e deslocamento de origem fase, este ponto de controle será denotado CO. Definindo α covetor de coeficientes de ativação do transdutor Y para o ponto de controle de CO pode ser escrito como: [Equação 4]

[0047] Dado um coeficiente de ativação para um transdutor Y q o efeito que a ativação do transdutor q com o coeficiente calculado a partir do ponto de controle CO tem em outro ponto dado x 0 , pode ser encontrado com: Usando isso, o efeito total que ativar um ponto de controle de amplitude Ac tem em outro ponto de controle, como o efeito resumido no ponto x 0 seria então: [equação 5]

[0048] D. Matriz de relações de ponto Controle

[0049] Para criar muitos pontos de controle ao mesmo tempo, deve ser considerado como eles afetam uns aos outros e encontrar uma solução em que eles causam interferência benéfica e não prejudicial.

[0050] Conjuntos de coeficientes de ativação de amplitude de unidade simples e zero de compensação para cada um dos m pontos de controle em causa foram estabelecidos. Eles são escritos αc01,..., αc0m . A amplitude para os pontos de controle individuais são definidas como Ac1, ..., Acm. Se um vetor rcc^oI-oct°T xco^-ccco*", f = l—r= —5=1 k é definido como a matriz de relações de ponto de controle é: [Equação 6]

[0051] Esta matriz é uma matriz quadrada muito pequena que possui m X m entradas quando m pontos de controle são considerados, de modo que a avaliação de autossistema não envolve muitos cálculos. Então, o autossistema Rx = Àx tem autovetores x. Os autovetores desta matriz representam coeficientes de ativação de pontos de controle que resultam em interferência de modo a que o conjunto de coeficientes de ativação de pontos de controle permanece constante e não influencia nas mudanças relativas no campo acústico. Quando o autovalor À é grande, isto representa um conjunto de pontos com o aumento do ganho, e quando é pequeno, a resistência destes pontos de controle é reduzida.

[0052] Um simples algoritmo para determinar autovalores é a iteração de energia, em que um vetor arbitrário de amostra não-zero é multiplicado e, em seguida, normalizado de forma iterativa. Como existe um interesse primário no autovetor com o maior valor, a iteração mais simples disponível é suficiente:

[0053] Tendo alcançado esse x normalizando e multiplicando pela matriz R muitas vezes, cada número complexo é normalizado de modo que os pesos dos autovetores não afetam a força do ponto de controle desnecessariamente. Isso gera:

[0054] E. Multiplexagem de amplitude com o autovetor dominante

[0055] Os coeficientes de ativação para cada um dos transdutores q podem ser expressos por multiplexagem em amplitude dos coeficientes de ativação de controle de energia:

[0056] Para alcançar coeficientes de ativação reais de transdutor, os níveis de potência devem ser normalizados para aqueles produzíveis por hardware real. Isto pode ser conseguido pela divisão através da intensidade máxima para a produção de pontos de controle corretamente ponderados:

[0057] Ou, se é aceitável aceitar algum erro nas forças relativas dos pontos de controle os coeficientes de transdutor podem ser normalizados de forma mais simples Usando estas soluções, os transdutores físicos podem ser acionados de tal modo que os pontos de controle desejados existem no campo na amplitude desejada.

[0058] Estas soluções para o efeito de um único ponto de controle em outro são ótimas para a situação em que as contribuições de pontos de controle são somadas e normalizadas. Mesmo que a combinação linear simples de pontos de controle não funcione bem quando o conjunto de pontos de controle é grande, resolvendo a Autossistema e usando as combinações de coeficientes complexos de grandes conjuntos de pontos de controle podem gerar muitas centenas de vezes mais rápido do que antes. Além disso, a solução do Autossistema elimina os inconvenientes para a combinação linear que impedia essas soluções de serem úteis anteriormente.

[0059] F. Teste

[0060] Para determinar as diferenças em velocidade e eficácia para formas complexas, a seguir se fornece uma análise de tempo de execução e os campos acústicos simulados.

[0061] Os testes de velocidade computacionais dados na Tabela 1 foram produzidos utilizando uma aplicação de testes de esforço que corre soluções de ponto de controle para um conjunto de pontos gerados aleatoriamente num plano acima da matriz.

[0062] A coluna da esquerda da Tabela 1 mostra o número de pontos de controle utilizados para os testes de velocidade computacionais.

[0063] A coluna central da Tabela 1 com o rótulo "novo" mostra o número de milissegundos necessário para encontrar um conjunto de entradas de transdutor complexas para gerar um campo acústico contendo um dado número de pontos de controle utilizando a multiplexagem de amplitude do ponto de controle linear com o autovetor dominante, tal como aqui descrito. Este cálculo teve lugar usando uma CPU Intel Core i7-4870HQ de 2.5 GHz em um modo enfocado único.

[0064] A coluna da direita da Tabela 1 rotulada de "velho" mostra o número de milissegundos que demorou para encontrar um conjunto de entradas de transdutor complexas para gerar um campo acústico que contenha o número dado de pontos de controle utilizando o velho sistema linear completo com o autovetor dominante. Este cálculo teve lugar usando uma CPU Intel Core i7-4870HQ CPU de 2.5 GHz.

[0065] TABELA 1

[0066] Outros testes são mostrados na Figura 4, que é uma montagem de linhas 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70 das mesmas formas produzidas por tomar fatias de uma simulação do campo acústico. O nível de cinza corresponde à amplitude. Os pontos altos em amplitude são destacados em branco em vez de cinza. A coluna A80 mostra o resultado do método de solução do sistema linear "velho" que produz formas precisas. A Coluna B 90 mostra o resultado da multiplexagem de amplitude no método "velho", sem ponderação pelo autovalor dominante. Como pode ser visto, isto produz maus resultados de qualidade em muitos casos. A Coluna C 100 mostra o resultado do método de multiplexagem de amplitude com ponderação pelo vetor próprio dominante (o novo processo aqui descrito).

[0067] G. Cenários de recursos limitados

[0068] O algoritmo discutido acima pode ser dividido em três fases. A primeira etapa (a "fase de ponto único") calcula os pontos de controle de amplitude de unidade e de desvio de fase zero ótimos para as localizações de pontos de controle dadas e armazena os vetores de ativação de transdutor ideal apropriados para cada ponto único. A segunda etapa (a "fase Autossistema") usa produtos de ponto para gerar a matriz Autossistema e multiplica-a com um vetor diferente de zero arbitrário até que seja obtida uma aproximação para o autovetor. A terceira etapa (a "fase de combinação") soma as contribuições dos autovetores dominantes ponderadas de cada um dos pontos únicos no vetor de coeficiente de ativação do transdutor final necessário para criar o campo acústico desejado com os transdutores físicos.

[0069] As operações computacionais necessárias devem ser entendidas antes do algoritmo pode ser transferido para os dispositivos de baixo custo. A primeira fase requer muitas avaliações de raiz quadrada, seno e coseno para construir um modelo de ondas acústicas emitidos pelos transdutores. A segunda etapa requer muitos produtos de matrizes, mas também muitas normalizações de vetores pequenas mas custosas de recursos. A terceira fase também requer normalização.

[0070] As entradas do transdutor calculadas na primeira etapa podem ser pré- calculadas em alguns casos, para remover o custo computacional de construção do modelo acústico para cada ponto de controle. Combinações particulares de pontos de controle podem ser pré-computadas para que seus autovetores dominantes já estejam disponíveis para o estágio de combinação posterior. Tanto pré- computação ou “cachê” podem ser feitos em "hotspots" determinados ou designados. Isto pode ser realizado em pares ou grupos, dependendo do desenho das interações envolvidas. Quando as contribuições finais das entradas dos transdutores são armazenadas em cache, estas podem ser feitas perto o suficiente para que uma interpolação no espaço de coeficientes de ativação de transdutores pode ser percebida como um movimento linear espacial dos pontos de controle de um cenário pré-computado para outro.

[0071] III. Reduzindo os requisitos para máquinas resolvendo pontos de controle para Sistemas Tátil.

[0072] A fim de criar um sistema comercialmente viável, os métodos para o cálculo da saída do transdutor para produzir muitos pontos de controle devem ser simplificados de modo que podem ser exequíveis em microcontroladores menores e ser capazes de atingir uma velocidade de atualização mais sensível para melhorar a interatividade e a experiência de usuário.

[0073] A. Cálculo de Autossistema Mesclado.

[0074] Sabe-se que uma Autossistema que codifica a influência dos pontos de controle sobre o outro pode ser usado para determinar as configurações de fase de ponto de controle que reforçam um ao outro, relativamente aumentando a sua saída e aumentando a eficiência do conjunto de transdutores.

[0075] Tem sido anteriormente mostrado que este Autossistema pode ser descrito pela matriz: onde αco1,..., αc0n são coeficientes de ativação de desvio zero, Ac1, ..., A Cm são amplitudes para os pontos de controle individuais e um vetor k é uma abreviação para

[0076] O algoritmo de sistema linear pode ser utilizado como um passo de cálculo subsequente como um método para resolver um sistema de equações lineares que descrevem o vetor de coeficientes de ativação do transdutor de menor norma (mais baixos requisitos de energia) que produzem um conjunto de pontos de controle com uma dada amplitude e a fase de deslocamento. Este desvio de fase pode ter sido previamente calculado pelo Autossistema.

[0077] Um método conhecido de alcançar esta solução de sistema linear é através de uma decomposição de Cholesky de uma matriz. Mas, para transformar a matriz para a forma apropriada para uma decomposição de Cholesky, deve ser multiplicada pelo seu conjugado transposto para colocá-lo em uma forma semidefinida positiva antes de tomar a decomposição.

[0078] Para a matriz de amostras de saída do transdutor individual para calcular os coeficientes de ativação de transdutor finais, o resultado de levá-lo a essa forma pode ser descrito por:

[0079] Pode ser reconhecido que a matriz de Autossistema anterior R pode ser facilmente deduzida a partir desta matriz C por pós-multiplicação por uma matriz diagonal com traço [Ac1 k1 ..., ACm km ]. Uma vez que esta é uma pequena matriz em comparação com o comprimento dos vetores dos coeficientes de ativação de deslocamento zero αco1 ,..., αCOm, o cálculo deste apenas uma vez resulta num grande aumento de velocidade em relação a técnica baseada no sistema linear, mais uma vez tornando- a competitiva com multiplexagem de amplitude para sistemas no qual a matriz C é pequena.

[0080] B. Compartilhamento de Computação para redução de largura de banda e latência.

[0081] Na técnica de multiplexagem de amplitude conhecida, o passo final é o de reconstituir as saídas de comprimento de autovetor nos coeficientes de ativação de transdutor multiplicando cada coeficiente pela solução ótima, o que é uma nova ponderação da avaliação do conjugado da função de onda representando a saída de todos transdutores individuais no ponto do espaço. Ao considerar a solução da menor norma dos coeficientes de ativação do transdutor através da decomposição de Cholesky, todas as soluções ótimas possíveis encontram-se dentro de um espaço m-dimensional facilmente previsível e linear. Além disso, isto mostra um método para usar este fato para transmitir soluções de baixa largura de banda e assim baixa latência baixa e a um conjunto de dispositivos que controlam conhecidas constelações do transdutor. Como informação direta sobre as constelações do transdutor não precisa ser transmitida, isso pode resultar aumento em várias ordens de magnitude na largura de banda disponível. Desta forma, grandes conjuntos de dispositivos sincronizados são criados que não precisam se comunicar, mas podem cooperar para produzir um campo acústico que pode se atualizar em alta frequência. Se a frequência da taxa de atualização é maior do que uma frequência audível, isto apresenta um mecanismo alternativo para a produção de saída audível reduzida, o que é desejável num sistema comercial.

[0082] Isto pode ser conseguido porque a produção dos pontos focais ocorre em virtude de ser solúvel por um sistema linear linearmente relacionado com a saída dos elementos de transdutor. Isto significa a abordagem do sinal de entrada do transdutor senoidal para fazer uma matriz exibir ruído reduzido pode também ser implementada através da criação de pontos de controle modulados em senóides e atualizá- los a uma taxa mais rápida do que o dobro da frequência. Este método tem a vantagem de múltiplas frequências poderem ser usadas juntas, mas tem a desvantagem de requerer uma velocidade muito mais rápida de solução, requisitos de tempo mais apertados e maior largura de banda disponível do que a outra abordagem. Esta técnica torna esta abordagem viável em sistemas embarcados.

[0083] A solução do sistema linear de norma mínima é um método para obter o vetor de coeficiente de ativação do transdutor de menor potência que reproduz um conjunto de pontos de controle dentro do campo acústico. Usando o método de decomposição de Cholesky da menor norma para resolver um sistema linear Ax = b, a substituição A H z = x é aplicada para produzir a equação AA H z = b, que é passível de solução. Este novo vetor solução z é um vetor complexo num espaço m-dimensional é muito menor, e ainda descreve completamente a solução. Sabe-se que as linhas da matriz A H correspondem ao vetores de ativação do transdutor proporcionais às soluções ótimas de ponto de controle único e assim a saída do Autossistema e a técnica de multiplexagem de amplitude podem ser também interpretadas como um vetor que pertence a este espaço vetorial. O vetor de resultados de qualquer solução do sistema também pode ser projetado neste espaço vetorial menor e se beneficiar desta solução.

[0084] Este vetor menor é mais adequado para transmissão através de uma ligação de largura de banda restrita. Na extremidade mais distante da ligação, uma ligação menos flexível pode descomprimir este vetor reduzido para a parte relevante da solução de x e em seguida convertê-lo na saída para os elementos de transdutor.

[0085] Isto pode ser conseguido, por exemplo, ao transmitir as coordenadas do ponto de controle, a fim de recriar na parte rígida da ligação o bloco apropriado da matriz A H. Isto poderia então implicar uma transmissão de uma coordenada 3D seguido por um componente real e imaginário do elemento correspondente do vetor solução z. A partir deste, o bloco da matriz A H pode ser reconstruído e o coeficiente de ativação complexo para cada transdutor calculado e enviado.

[0086] C. Dimensionalidade reduzida de vetores de transdutor.

[0087] Tal como descrito nas seções anteriores, o número de transdutores e, portanto, o comprimento dos vetores de coeficientes de ativação de deslocamento zero αcoi,...,αcom pode ser grande. Tanto o Autossistema como a matriz semi-definida positiva C descritos acima são o resultado de reduzir consideravelmente o número de dimensões da contagem do transdutor para m.

[0088] Como a decomposição de Cholesky pega a equação A x = b e produz uma solução z onde AA H z = b, seguido de uma reconstrução do vetor x como x = A H z devido à dimensionalidade, o primeiro passo para calcular Z pode ser construído assumindo um conjunto transdutor dizimado ou simplificado. As duas etapas seriam, então, (A') (A') H z = b seguido por x = A H z usando a matriz A completa. Esta A’ simplificada pode, por exemplo, conter informação sobre cada segundo transdutor ou pode ser calculada para modelar transdutores agrupados em conjunto e acionados como uma única unidade.

[0089] Assim, o número de transdutores pode ser reduzido, a fim de proporcionar um aumento de velocidade em troca de alguma pequena degradação no desempenho. A contagem total de transdutores pode ser calculada e adicionada de volta mais tarde no procedimento de solução, após os dados de coeficiente terem sido movidos para o processamento paralelo díspar na ligação menos flexível mais perto da saída do transdutor.

[0090] IV. Padrão de focalização Modulado e transdutores agrupados em Sistema Tátil.

[0091] As condições ótimas para a produção de um campo acústico de uma única frequência pode ser realizado através da atribuição de coeficientes de ativação para representar o estado inicial de cada transdutor. Como o campo é monocromático, estes coeficientes de ativação de valor complexo definem de forma única o campo acústico da frequência da portadora para "todo o tempo". No entanto, a fim de criar retorno tátil, o campo deve ser modulado com um sinal de uma freqüência potencialmente mais baixa. Por exemplo, um campo acústico de 40 kHz pode ser modulado com uma frequência de 200 Hz, a fim de conseguir um efeito vibrotátil 200 Hz. Isso complica o modelo, como o pressuposto de que os padrões de ativações de transdutor se mantém para "todos os tempos" é violado. O resultado é que, quando o comprimento do caminho entre cada transdutor e um ponto de controle dado difere suficientemente, as ondas não vão coincidir corretamente no ponto de controle; em vez disso, irão alcançar o ponto de controle em momentos diferentes e não interferir como pretendido. Este não é um problema grave quando a mudança no comprimento de percurso é pequeno ou a onda de modulação é de muito baixa frequência. Mas isso resulta em distorção espaço-temporal que irá reduzir a potência e definição dos pontos de controle conforme são sentidos de forma tátil.

[0092] Sabe-se que para remediar esta situação, uma segunda solução de focalização pode ser usada para criar uma focalização dupla de ambas a portadora e a onda modulada. No entanto, não há nenhuma maneira simples de aplicar a segunda focalização no campo que não provoque descontinuidades na forma de cliques e pops audíveis. Isso também não pode ser estendido facilmente à situação em que a onda modulada não tem frequência discernível.

[0093] A segunda focalização de 'coeficiente de ativação' para a frequência de modulação pode ser utilizada para calcular um deslocamento no tempo do valor complexo resultante. Este deslocamento pode ser suavemente interpolado para cada transdutor, resultando em uma saída que pode tirar vantagem do segundo foco e estar livre de artefatos audíveis.

[0094] Devido à natureza relativamente baixa de frequência do conteúdo modulado, usar agrupamentos de transdutores que têm pequenas diferenças no comprimento do percurso pode levar a uma troca útil, reduzindo tanto o cálculo como a complexidade da implementação da segunda focalização. Se estes transdutores são montados em dispositivos separados que partilham um relógio de base comum para produzir a frequência portadora, um relógio padrão para produzir a onda de modulação pode ser produzido. O tempo de deslocamento que é calculado para cada grupo pode ser adicionado como uma função deformação suave para o relógio padrão para cada agrupamento.

[0095] Uma vez que há dados de posição de ponto por controle do dispositivo numa base por padrão como foi anteriormente divulgado (a "representação reduzida"), esta informação de posição pode ser utilizada para calcular o tempo simples de voo para cada ponto de controle no tempo real. O resultado é que os nódulos de interpolação dos padrões de ativação do transdutor implicados para cada representação reduzida de ponto de controle são flexivelmente reprogramados em intervalos de tempo sobre o dispositivo, a fim de chegar aos pontos de controle no momento certo. Este reescalonamento pode ser conseguido por transdutor ou por agrupamento

[0096] Cada ponto de controle tem então a capacidade para flutuar para trás e para a frente ao longo da linha do tempo para encontrar a posição que é mais adequada. Portanto, os padrões que contêm muitos pontos de controle podem se tornar subdivididos no tempo como diferentes pontos de controle no mesmo padrão que são emitidos em momentos ligeiramente diferentes. Os pontos de controle são então combinados novamente neste novo arranjo, resultando em conjuntos de coeficientes de ativação do transdutor de frequência da portadora que diferem daqueles originalmente resolvidos. Contraintuitivamente, iste preserva melhor o pressuposto de "todos os tempos" necessário para a solução dos coeficientes de ativação do transdutor iniciais como os efeitos do tempo de coordenadas para agrupamentos espacialmente localizados de pontos de controle foram removidos.

[0097] Uma consequência importante desta abordagem é que é então possível utilizar qualquer envelope de modulação e ter uma segunda focalização suave. A frequência pura não é mais necessária. Isso pode ser usado para criar áudio paramétrico mais definido com múltiplos alvos espaciais, bem como fornecer pistas táteis mais claras e texturizadas com menos distorção.

[0098] V. Pré-processamento de Soluções de domínio de Fourier em Sistemas táteis.

[0099] Como uma alternativa à definição de um ou mais pontos de controle no espaço, uma forma definida numa fatia de duas dimensões (2D) pode em vez disso ser construída no campo acústico. Isto é conseguido por tratamento da matriz de transdutor como uma placa holográfica. O modelo padrão de uma placa holográfica pode ser feito para se comportar como um equivalente a um plano infinito de transdutores de tamanho infinitesimal. Existe então uma solução simples conhecida para qualquer distribuição de pressão complexa 2D dada que se situa num plano paralelo à placa. A construção de uma tal forma definida por valores de pressão complexos e a convolução com a integral de difração invertida do transdutor na distância dada do plano alcança este resultado. Esta solução pode ser obtida eficientemente com uma transformada de Fourier rápida 2D (FFT). Finalmente, usando a solução de valor complexo para o plano infinito, os mais próximos transdutores reais em cada caso podem ser ativados com um coeficiente complexo similar que se esforça para produzir o mesmo resultado. Desta forma, um conjunto de transdutores físicos pode então ser controlado para criar um campo acústico exibindo a forma a uma distância dada.

[00100] Uma grande desvantagem desta abordagem é que a produção de uma forma em vez de um conjunto de pontos produz uma saída fraca e exige uma variedade infinita. Ser capaz de modificar esta técnica para produzir uma saída mais forte e usar restrições mais realistas permite a essa abordagem fazer a ativação acústica de formas inteiras mais perto de viabilidade comercial.

[00101] A. Matriz de relações de regiões de controle.

[00102] Antes de produção de formas utilizando o método de Fourier, uma determinada forma pode ser dividida em regiões. O método ideal para criar "regiões" da realimentação é determinar quando ativar simultaneamente regiões adjacentes mutuamente melhoradas pode ser perseguido. Para isso, é imperativo considerar como cada região afeta as outras e encontrar uma solução onde causam interferência benéfica e não prejudicial indesejada.

[00103] De forma semelhante aos pontos de controle, existem conjuntos de amplitude unitária simples e coeficientes de ativação com desvio zero para cada uma das m regiões de controle sob consideração. Uma diferença importante entre estes coeficientes de ativação e os envolvidos em um modelo discreto do transdutor é que os transdutores são agora infinitesimais, e por isso a soma do produto do ponto torna-se uma integral.

[00104] Valores de pressão complexa dentro de cada região podem ser pré-definidos dentro de uma referência arbitrária para removê-los da consideração na solução. Embora existam muitas opções possíveis para esta pré-definição de regiões, pode ser definida como valores reais ou de fase constante para funcionar de forma mais eficaz (embora não possa em vez disso apresentar variações de fase locais). Esta pré-definição pode envolver definir cada região como formas de mosaicos, pixels, gotas, caroços de interpolação ou formas mais complexas.

[00105] Uma vez definidas estes regiões (semelhantes aos pontos de controle), simples conjuntos de amplitude unitária e coeficientes de ativação de zero deslocamento são estabelecidos para cada uma das m regiões de controle sob consideração. Para encontrar a amplitude unitária e coeficientes de ativação de zero deslocamento, o próximo passo é resolver o problema da forma plana de Fourier 2D para cada uma das m regiões de controle. Isto produz uma função 2D descrevendo a placa holográfica (um plano infinito de transdutores infinitesimais), que por sua vez descreve as semelhanças entre os efeitos da ativação de cada região de controle. O objetivo é, em seguida, encontrar uma configuração tal que cada região reforça mutuamente aquelas nas proximidades. Estes coeficientes de "ativação" do transdutor para cada região com coeficientes unitários são agora escritos como funções de variáveis complexas:

[00106] A amplitude para as regiões de controle individuais são as seguintes: [Equação 15]

[00107] Se vetor k é definido como: [Equação 16]

[00108] Então, de um modo semelhante à matriz de relações de pontos de controle, a matriz de relações de regiões de controle pode ser escrita como: [Equação 17] Onde:

[00109] Pode ser necessário aproximar algumas destas integrais, por exemplo, por restringir o seu domínio. Estas integrais também podem ser aplicadas no espaço de uma grade de transdutor real, reduzindo efetivamente a definição de R ao Autossistema habitual. Este R torna-se então o Autossistema para determinar os coeficientes de ótimos para pré-multiplicar cada região antes de tentar uma solução de Fourier da forma completa. Esta matriz é uma matriz quadrada tendo entradas mxm quando m regiões de controle são consideradas, de modo que o tempo de cálculo da avaliação do Autossistema depende de quantas regiões foram definidas. Os autovetores desta matriz representam então os coeficientes de controle de ativação da região que resultam em interferência tal que as amplitudes de pontos dentro de cada região de controle permanecem constantes e não criam alterações relativas no campo acústico. Quando o autovalor K é grande, isto representa um conjunto de coeficientes que promovem o maior ganho. Isto é especialmente importante quando as regiões de controle são usadas com a técnica de solução de Fourier.

[00110] B. Resultados

[00111] Para avaliar esta técnica, uma grande forma de estrela com cada região ocupando um quadrado de pixel foi construída através da criação de uma imagem de mapa de bits a preto e branco e a conversão de pixels brancos em amplitude unitária e regiões de fase. Esta estrela assume que os transdutores estão dispostos num plano infinito e são infinitesimais em tamanho.

[00112] A amplitude da estrela é mostrada na Figura 5. A fase da estrela é mostrada na Figura 6. O método conhecido 2D FFT foi usado para produzir esta saída sem pré-processamento.

[00113] Em seguida,levando em conta os efeitos que a focalização de uma região tem na focalização de outras, o próximo passo é procurar o espaço usando o Autossistema para um arranjo de região para um candidato mais realista para a reprodução no campo acústico. Depois de várias iterações do Autossistema e em virtude de ser informado com os efeitos locais de cada solução regional, a solução 2D FFT parece muito diferente. A amplitude da estrela a utilização desta solução é mostrada na Figura 7. A fase da estrela é mostrada na Figura 8.

[00114] Enquanto a estrela perdeu definição nas bordas, esta solução leva em conta a forma como as regiões adjacentes se afetam mutuamente. Esta solução irá apresentar muito maior fidelidade quando aplicada a um sistema de transdutor real do que a solução de fase constante ou uma solução que não foi escolhida dessa maneira. Isto é porque a estrutura do conjunto de transdutores e as interações entre os campos acústicos produzidos por cada transdutor individual, bem como o efeito que as regiões adjacentes têm em cada um, foram todos representados na formulação da matriz.

[00115] VI. Solução dinâmica de amostragem espacial.

[00116] Em um campo acústico, um ou mais pontos de controle pode ser definido. Esses pontos de controle podem ter e amplitude modulada com um sinal e como resultado produzir um retorno vibrotátil no meio aéreo. Um método alternativo para produzir o retorno é criar pontos de controle que não são modulados em amplitude e em vez movê-los espacialmente para criar modulação espaço- temporal que pode ser sentida. Em qualquer caso, as mudanças do campo acústico no espaço e no tempo devem ser suaves, a fim de evitar o ruído audível. Uma vez que este restringe o comportamento dos estados válidos do sistema, técnicas de cálculo direto de altos recursos podem ser substituídas por perturbações do estado anterior para reduzir os recursos necessários para os cálculos. Isto é especialmente importante em sistemas embarcados, onde os recursos de processamento de computador são escassos.

[00117] Caminhos dos pontos de controle como soluções perturbadas.

[00118] A criação de um ponto e movê-lo sem modulação em amplitude pode acionar um caminho tátil no ar. Se mover este ponto deve ser feito de fora tranquila, o ponto tem que mudar o campo acústico por um pequeno delta de cada vez. A implicação é que a fazê-lo, o ponto deve fazer pequenos incrementos de distância suficientes quando se move a fim de fazer o movimento aparente suave. Isto significa que a fase e a amplitude de qualquer transdutor também deve aproximar de uma curva suave, o que implica um certo número de possibilidades relativas a técnicas perturbativas.

[00119] B. Distância perturbada, amplitude e cálculos de amostragem.

[00120] Ao calcular o tempo de voo simples de um ponto central do transdutor p, até um ponto de foco x t em um tempo de amostra de t, a distância deve ser calculada se a fase e amplitude não são determinadas através de tabela de olhar para cima. Definindo o vetor entre estes como existem duas quantidades para determinar para obter a fase e a amplitude dependente do ângulo. A fase pode ser determinada como um múltiplo de wue contém uma raiz quadrada. Raízes quadradas são difíceis de calcular em hardware embarcado, como não há uma abordagem direta para avaliação. Como uma alternativa ao uso de uma abordagem mais direta para se obter a solução, tal como a avaliação polinomial, uma abordagem iterativa de Newton-Raphson pode ser utilizada em vez disso. No entanto, devido à natureza perturbativa da solução, o resultado do cálculo anterior pode ser utilizado para semear a seguinte aproximação raiz quadrada. Partindo do princípio de que o movimento é contínuo com o tempo, a quantidade vai ser pequena o suficiente para convergir rapidamente, necessitando apenas de uma pequena fração das iterações necessárias por um cálculo não semeado. Isso economiza tempo de computação, permitindo a descompressão dos estados de representação reduzidos avançar muito mais rapidamente do que antes. Equivalentemente, métodos semelhantes podem ser usados para evitar outros casos de operações que consomem recursos. Outros destes cálculos podem se beneficiar de forma semelhante, desde que estas 1 quantidades estejam ligadas a continuidade do espaço de fase. Isso permite avaliações como necessárias para determinar a amplitude ou 1/st requeridos para amostragem delta ser refinada usando outras operações aritméticas menos intensivas em recursos. Em muitos destes casos, o processo iterativo completo teria sido previamente antieconômico, envolvendo mais poder de computação do que simplesmente cometer a operação suportada cara.

[00121] C. Amostragem dinâmica,

[00122] A Figura 9 mostra um diagrama da saída de um único transdutor (mostrado como um grande ponto na parte inferior da figura) a partir da perspectiva de um único ponto do foco. Movendo-se um ponto de focalização uma fração de um comprimento de onda em qualquer direção produzirá apenas um limite superior conhecido na mudança da distância. Isto implica também um limite superior sobre mudança de fase necessário para focalizar o ponto.

[00123] Os pontos focais, que são movidos no ar modificam os coeficientes de ativação para os transdutores. Se o ponto do foco é movido para fora ou em direção ao transdutor por meio comprimento de onda, a grosso modo π é adicionado a ou subtraído da fase exibida por esse transdutor. Se o ponto de foco permanece a uma distância constante ou se desloca paralelamente à frente de onda acústica, então essa fase vai mal alterar mediante movimento. Quando interpolação entre pontos conhecidos no espaço solução no plano complexo representativo de duas fases na evolução temporal de um ponto de focalização uma pequena distância espacialmente separados (digamos t e t + ), um pior caso de focalização de erro pode ser estimada que revela como de longe, a interpolação é do curso linear do ponto de foco. Este erro diminui rapidamente medida que a distância entre os pontos focais instantâneos adjacentes diminui para menos de metade de um comprimento de onda. Tomando isso ainda mais, se as amostras de representação reduzida do espaço de solução para o dispositivo são enviados, uma condição de estabilidade de CFL-like campo acústico pode ser definida com base em incrementos da distância espacial um ponto de focalização tenha percorrido e não no comportamento temporal. (Em matemática, o) condição Courant-Friedrichs-Lewy (CFL é uma condição necessária para a convergência enquanto resolver certas equações diferenciais parciais (equações diferentes parciais geralmente hiperbólicas) numericamente pelo método das diferenças finitas.) uma condição de estabilidade acústica campo CFL-like pode ser definida com base em incrementos da distância espacial um ponto de foco tem viajado e não sobre o comportamento temporal. (Em matemática, o) condição Courant-Friedrichs-Lewy (CFL é uma condição necessária para a convergência enquanto resolver certas equações diferenciais parciais (equações diferentes parciais geralmente hiperbólicas) numericamente pelo método das diferenças finitas.) uma condição de estabilidade acústica campo CFL-like pode ser definida com base em incrementos da distância espacial um ponto de foco tem viajado e não sobre o comportamento temporal. (Em matemática, o) condição Courant-Friedrichs-Lewy (CFL é uma condição necessária para a convergência enquanto resolver certas equações diferenciais parciais (equações diferentes parciais geralmente hiperbólicas) numericamente pelo método das diferenças finitas.)

[00124] A CFL-condição essencialmente descreve o quão rápido o sistema pode ser deslocado: um sistema hiperbólico PDE não pode ser movido em um único passo mais rápido do que a velocidade definida pelo espaçamento grade ou os erros podem se propagar e se tornar potencialmente infinito. Assim, se um ponto de controle está em movimento ao longo de um caminho, uma condição de ligado a erro que é semelhante à condição CFL pode ser calculada representando a distância máxima (tipicamente, este será menor do que um comprimento de onda) que pode ser movido em uma única enquanto a etapa mantendo o erro pior caso abaixo de um limiar. É então possível calcular (todos ou parte dos) os resultados solver (z vetor) / resultado Autossistema / activações transdutor (x vetor) para os pontos de controle nestes pontos de passo ao longo da trajectória e interpolar entre os resultados de cada passo de obter os pontos de controle em todos os pontos no meio,

[00125] Em seguida, usando a condição de que os Estados enviado para o dispositivo deve estar centrada em pontos que não são mais do que uma certa distância, é assegurado que os requisitos para as soluções perturbados da distância e outras quantidades aritméticas são atendidas, reduzindo a necessidade para amostrar o espaço solução periodicamente no tempo.

[00126] D. polinomial de amostragem,

[00127] As Figuras 10 e 11 mostram a interpolação para um único transdutor (mostrado como um grande ponto na parte inferior de cada figura) entre dois estados, em que a linha a tracejado representa a interpolação linear na distância. As linhas do campo acústico a partir de cada transdutor afectar a linha a tracejado. mudanças de curvatura entre transdutores para a linha a tracejado causa desfocalização em estados intermédios interpolados. Usando um polinômio alta ordem pode tornar o estado seguir a linha sólida, que preserva o efeito de foco.

[00128] Esta abordagem pode ser levado ainda mais longe. A parte de limitar a condição de estabilidade anteriormente descrito é que o estado de interpolação é realizado no espaço de complexo. Se isso vier a ser transferida para uma distância de espaço / amplitude, enquanto menos acessíveis devido às conversões de espaço, a quantidade de desfocalização seria reduzido. No entanto, se mudar para uma distância de espaço / amplitude pode ser ainda mais agravado pela criação de ordem superior curvas polinomiais que descrevem a mudança da amplitude e da distância do transdutor como o ponto de foco se move através do campo em algumas linear ou trajetória polinomial. À medida que o valor de distância é facilmente traduzidos para uma fase, criando segmentos polinomial linear ou entre os estados em representação reduzida torna-se possível com muito pouco desfocalização ao longo do caminho. Isto por sua vez permite novas reduções na taxa de atualização de estado do dispositivo necessário para descrever formas complexas. Isto pode ser conseguido, por exemplo, calcular gradientes ou realizando uma expansão da série que converge para o caminho correto no limite. Também pode ser útil utilizar uma mistura ponderada das duas funções, uma que representa o ponto de partida exatamente e aproxima-se do intervalo e um que representa o ponto final exatamente e aproxima-se do intervalo. Desta forma, uma função que dá uma boa aproximação para o intervalo central pode ser criado enquanto ainda está sendo exata no início e fim pontos. Também pode ser útil utilizar uma mistura ponderada das duas funções, uma que representa o ponto de partida exatamente e aproxima-se do intervalo e um que representa o ponto final exatamente e aproxima- se do intervalo. Desta forma, uma função que dá uma boa aproximação para o intervalo central pode ser criado enquanto ainda está sendo exata no início e fim pontos. Também pode ser útil utilizar uma mistura ponderada das duas funções, uma que representa o ponto de partida exatamente e aproxima-se do intervalo e um que representa o ponto final exatamente e aproxima-se do intervalo. Desta forma, uma função que dá uma boa aproximação para o intervalo central pode ser criado enquanto ainda está sendo exata no início e fim pontos.

[00129] VII. Conclusão

[00130] As várias características das formas de realização anteriores podem ser selecionadas e combinados para produzir numerosas variações de sistemas tácteis melhoradas.

[00131] Na descrição anterior, foram descritas formas de realização específicas. No entanto, um perito na arte reconhece que várias modificações e alterações podem ser feitas sem se afastarem do âmbito da invenção conforme definido nas reivindicações abaixo. Consequentemente, a especificação e figuras sejam consideradas em um ilustrativos em vez de num sentido restritivo, e todas essas modificações se destinam a ser incluídas dentro do âmbito dos ensinamentos presentes.

Claims (17)

1. Método, caracterizado por compreender: i) produzir um campo acústico a partir de uma matriz de transdutores tendo posições e orientações relativas conhecidas; ii) definir uma pluralidade de pontos de controle em que cada um da pluralidade de pontos de controle tem uma relação espacial conhecida em relação à matriz de transdutor e tem um coeficiente de ativação de ponto de controle; iii) calcular uma matriz de amostra de campo de onda complexa em uma pluralidade de posições de ponto de controle de um primeiro índice; iv) atuação em posições de ponto de controle de uma segunda amplitude predefinida de índice e pontos de controle de deslocamento de fase zero; v) calcular um autovetor com base na matriz de amostra de campo de onda complexa; e vi) ajustar o vetor próprio para representar uma pluralidade de coeficientes de ativação de ponto de controle.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o campo acústico é produzido por um sistema de feedback háptico no ar.

3. Método, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que os elementos da matriz de amostra de campo de onda complexa são calculados através de produtos em escala de vetores de ativação de transdutor ideais armazenados.

4. Método, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o vetor próprio é ponderado para reproduzir substancialmente a amplitude de cada um da pluralidade de pontos de controle.

5. Método, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que ajustar o autovetor para representar uma pluralidade de coeficientes de ativação de ponto de controle compreende o uso de uma iteração de potência em que um vetor de amostra arbitrário diferente de zero é multiplicado e, em seguida, normalizado iterativamente.

6. Método, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que ajustar o autovetor para representar uma pluralidade de coeficientes de ativação de ponto de controle é baseado nos níveis de energia produzidos pela matriz de transdutor.

7. Método, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o autovetor associado à pluralidade de pontos de controle é calculado antes de produzir um campo acústico a partir de uma matriz de transdutor tendo posições e orientações relativas conhecidas.

8. Método, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o cálculo de um autovetor com base na matriz de amostra de campo de onda complexa usa uma decomposição de Cholesky.

9. Método, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que a matriz de transdutor compreende uma pluralidade de transdutores e em que a etapa de cálculo de uma amplitude para cada um da pluralidade de pontos de controle é feita com menos do que todos da pluralidade de transdutores.

10. Método, caracterizado por compreender: i) produzir um campo acústico a partir de uma matriz de transdutores tendo uma pluralidade de transdutores, em que cada um da pluralidade de transdutores tem posições e orientações relativas conhecidas e em que o campo acústico contém uma onda portadora e um sinal modulado; ii) em que a cada um da pluralidade de transdutores é atribuído um coeficiente de ativação no espaço complexo para definir a frequência da onda portadora; iii) definir uma pluralidade de pontos de controle em que cada um da pluralidade de pontos de controle tem uma relação espacial conhecida em relação à matriz de transdutor; e iv) focar a onda portadora e o sinal modulado na pluralidade de pontos de controle por interpolação suave do coeficiente de ativação atribuído a cada um da pluralidade de transdutores.

11. Método, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que o campo acústico é produzido por um sistema de feedback háptico no ar.

12. Método, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que focar a onda portadora e cada frequência do sinal modulado resulta em uma região do campo háptico com menos ruído audível do que um limite predefinido.

13. Método, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que o foco da onda portadora e cada frequência do sinal modulado resulta em uma região contendo feedback háptico maior do que um limite predefinido.

14. Método, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um relógio base para emitir a onda portadora e um relógio padrão para emitir o sinal modulado e em que a focalização da onda portadora e do sinal modulado ocorre ajustando o relógio padrão em relação à base relógio.

15. Método, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que compreende ainda uma etapa de pré-processamento para produzir uma solução de autovetor para o valor de pressão complexo para cada região dada uma matriz de transdutor arbitrária com elementos de transdutor discretos.

16. Método caracterizado por compreender: i) produzir um campo acústico a partir de uma matriz de transdutores, a matriz de transdutores compreendendo uma pluralidade de transdutores tendo posições e orientações relativas conhecidas; ii) definir uma pluralidade de pontos de controle em que cada um da pluralidade de pontos de controle tem uma relação espacial conhecida em relação à matriz de transdutor; e iii) manter o foco da pluralidade de pontos de controle que estão em movimento usando uma condição de estabilidade Courant- Friedrichs-Lewy como uma condição de limite de erro com base na distância espacial percorrida pela pluralidade de pontos de controle.

17. Método, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que o campo acústico é produzido por um sistema de feedback háptico no ar.