CN105472527B - 一种马达矩阵控制方法及一种可穿戴设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种马达矩阵控制方法及一种可穿戴设备。该方法包括：基于立体球面模型安置若干线性马达构成线性马达矩阵，确定线性马达矩阵的各个线性马达在该立体球面模型上的方位；对收到的立体音频信号进行信息提取，获取立体音频信号到达该立体球面模型中心位置处的方位、频率和幅度信息；根据立体音频信号到达该立体球面模型中心位置处的方位、幅度和频率信息生成马达驱动信号，驱动线性马达矩阵中距离立体音频信号的方位一定范围内的线性马达振动。本发明提供的技术方案通过将三维声音中的方位、幅度和频率分量输入到触觉反馈的三维矩阵马达中，从触觉上增强现实的感官体验，使得声音和触觉反馈达到无缝配合，虚拟现实的沉浸式体验更优。

Description

一种马达矩阵控制方法及一种可穿戴设备
技术领域
本发明涉及虚拟现实技术领域，尤其涉及一种马达矩阵控制方法及一种可穿戴设备。
背景技术
随着虚拟现实技术的发展，人们越来越注重视觉、听觉和触觉等全方位的交互式体验，然而，现有技术的方案是将2D或者3D的声音和触觉反馈割裂的区别对待，使得触觉反馈难以和2D或3D声音的同步达到高度统一，因而导致用户无法在虚拟现实体验中，实现视觉、听觉和触觉三个方面的高度统一和协调，影响用户的虚拟现实体验。
发明内容
鉴于上述现有技术将声音和触觉反馈割裂的区别对待导致二者的同步达不到高度统一的问题，本发明提供了一种马达矩阵控制方法及一种可穿戴设备，以解决上述问题或者至少部分地解决上述问题。
依据本发明的一个方面，提供了一种马达矩阵控制方法，该方法包括：
基于立体球面模型安置若干线性马达构成线性马达矩阵，确定所述线性马达矩阵的各个线性马达在该立体球面模型上的方位；
对收到的立体音频信号进行信息提取，获取所述立体音频信号到达该立体球面模型中心位置处的方位、频率和幅度信息；
根据所述立体音频信号到达该立体球面模型中心位置处的所述方位、幅度和频率信息生成马达驱动信号，驱动所述线性马达矩阵中距离所述立体音频信号的所述方位一定范围内的线性马达振动。
可选地，所述驱动所述线性马达矩阵中距离所述立体音频信号所述方位一定范围内的线性马达振动包括：
按照与所述立体音频信号的所述方位的距离从小到大的顺序，所述驱动信号的电压值逐步衰减，频率不变，直至所述驱动信号的电压值小于等于驱动所述线性马达振动的最小驱动信号电压值。
可选地，根据所述立体音频信号的所述频率信息确定所述驱动信号的电压值的衰减速度。
可选地，所述线性马达为横向振动的线性马达，且每个线性马达的起始相位和谐振频率相同；
所述根据立体球面模型安置若干线性马达构成线性马达矩阵包括：
在所述立体球面模型上按照经纬线方向放置所述线性马达，使所有经线方向的线性马达按照经线方向排列，所有纬线方向的线性马达按照纬线方向排列，所有在同一方向上的线性马达器件方向一致。
可选地，所述立体音频信号的所述方位使用欧拉定律中的欧拉角，包括章动角θ、进动角ψ和自转角φ表示。
依据本发明的另一个方面提供了一种可穿戴设备，该设备包括：
线性马达矩阵，所述线性马达矩阵通过安置在立体球面模型的若干线性马达构成，所述线性马达矩阵的各个线性马达的方位，基于立体球面模型确定；
音频信息提取单元，用于对收到的立体音频信号进行信息提取，获取所述立体音频信号到达该立体球面模型中心位置处的方位、频率和幅度信息；
驱动信号生成单元，用于根据所述立体音频信号到达该立体球面模型中心位置处的所述方位、幅度和频率信息生成马达驱动信号，驱动所述线性马达矩阵中距离所述立体音频信号的所述方位一定范围内的线性马达振动。
可选地，所述驱动信号生成单元，具体用于按照与所述立体音频信号的所述方位的距离从小到大的顺序，所述驱动信号的电压值逐步衰减，频率不变，直至所述驱动信号的电压值小于等于驱动所述线性马达振动的最小驱动信号电压值。
可选地，根据所述立体音频信号的所述频率信息确定所述驱动信号的电压值的衰减速度。
可选地，所述线性马达矩阵的线性马达为横向振动的线性马达，且每个线性马达的起始相位和谐振频率相同；
所述线性马达在所述立体球面模型上按照经纬线方向放置，所有经线方向的线性马达按照经线方向排列，所有纬线方向的线性马达按照纬线方向排列，所有在同一方向上的线性马达器件方向一致。
可选地，所述立体音频信号的所述方位使用欧拉定律中的欧拉角，包括章动角θ、进动角ψ和自转角φ表示。
由上述可知，本发明提供的技术方案，通过基于立体球面模型安置若干线性马达构成线性马达矩阵，对收到的立体音频信号进行信息提取，获取该立体音频信号到达该立体球面模型中心位置处的方位、频率和幅度信息，并根据立体音频信号生成驱动马达矩阵的驱动信号，驱动马达矩阵中对应方位的马达，从而可以将三维声音中的分量输入到触觉反馈的三维矩阵马达中，从触觉上增强现实的感官体验，使得声音和触觉反馈达到无缝配合，让虚拟现实的沉浸式体验更优。
附图说明
图1示出了根据本发明一个实施例的一种马达矩阵控制方法的流程图；
图2示出了根据本发明另一个实施例的一种马达矩阵的控制方法的马达布置示意图；
图3示出了根据本发明另一个实施例的一种可穿戴设备的示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
图1示出了根据本发明一个实施例的一种马达矩阵控制方法的流程图，如图1所示，该方法包括：
步骤S110，根据立体球面模型安置若干线性马达构成线性马达矩阵，确定线性马达矩阵的各个线性马达在该立体球面模型上的方位。
步骤S120，对收到的立体音频信号进行信息提取，获取立体音频信号到达该立体球面模型中心位置处的方位、频率和幅度信息。
步骤S130，根据立体音频信号到达该立体球面模型中心位置处的方位、幅度和频率信息生成马达驱动信号，驱动线性马达矩阵中距离立体音频信号的方位一定范围内的线性马达振动。
本发明的技术方案通过基于立体球面模型安置若干线性马达构成线性马达矩阵，对收到的立体音频信号进行信息提取，获取该立体音频信号到达该立体球面模型中心位置处的方位、频率和幅度信息，并根据立体音频信号生成驱动马达矩阵的驱动信号，驱动马达矩阵中对应方位的马达，从而可以将三维声音中的分量输入到触觉反馈的三维矩阵马达中，从触觉上增强现实的感官体验，使得声音和触觉反馈达到无缝配合，让虚拟现实的沉浸式体验更优。
例如，将三维马达矩阵安置在虚拟现实头盔上，采用虚拟现实头盔看电影时，2个耳机传输的立体音频信号，通过立体声效果，重现场景，给用户的听觉体验是枪炮声来自于人头脑的后方，则本方法会控制头盔后方对应方位处一定范围内的线性马达振动，给人体触觉体验，由于线性马达响应速度快，且其驱动信号是根据实时提取的来自于声音信号的方位、幅度和频率信息确定的，可以实现视觉、听觉和触觉的同步，给用户身临其境的虚拟现实体验感。
优选地，立体音频信号方位信息的提取采用3D虚拟环绕声算法；频率和幅度信息的提取采用各类开源的获取方法，并分别利用频率和幅度信息确定位于立体音频信号方位中心处的线性马达的振动频率和幅度。
在本发明的一个实施例中，步骤S130中驱动线性马达矩阵中距离立体音频信号方位一定范围内的线性马达振动包括：
按照与立体音频信号方位的距离从小到大的顺序，驱动信号的电压值逐步衰减，频率不变，直至驱动信号的电压值小于等于驱动线性马达振动的最小驱动信号电压值。
以提取的立体音频信号的方位信息确定方位中心，通过控制马达矩阵中的线性马达的振动从中心向四周逐渐减弱的方式，如采用0～1之间的数值作为衰减系数降低线性马达的振动强度，同时保证线性马达的振动频率不变，即被驱动的线性马达之间频率保持一致，一方面可以模拟出真实的声音传播特点，即人们通常判断声音来自一个范围，另一方面也可以增强振动的阶梯感，使距离该方位越近触感越强烈，越远越微弱，提高用户的触觉感受。
在本发明的一个实施例中，根据立体音频信号的频率信息确定驱动信号的电压值的衰减速度。
人们对于不同频率的声音信号的感觉是不同的，本发明除了通过声音信号的频率确定线性马达振动的频率，令触感也体现出人们对不同频率声音的不同感受的效果外，还通过立体音频信号的频率大小，确定马达振动的强弱衰减速度，更好地模拟人们对声音频率高低的不同感受，如控制马达的振动衰减速度随音频升高而降低，可以实现音频越高，振动衰减越慢，即此种情况下音频越高，能够振动的马达数量越多、振动越剧烈，借此加强高频声音给人的紧张感，提高真实体验。
在本发明的一个实施例中，线性马达为横向振动的线性马达，且每个线性马达的起始相位和谐振频率相同；根据立体球面模型安置若干线性马达构成线性马达矩阵包括：在立体球面模型上按照经纬线方向放置线性马达，如图2所示，使所有经线方向的线性马达按照经线方向排列，所有纬线方向的线性马达按照纬线方向排列，所有在同一方向上的线性马达器件方向一致。
马达的排列方向一致，器件方向一致，可以防止马达振动干扰、抵消，同时，所有马达的起始相位和谐振频率相同，也能使马达在协同运动的过程中不会产生力的抵消作用，保证振动效果，使振动效果与声音信号稳定地、有效地实现同步，提高虚拟现实体验的统一度，提高用户触感体验。
在本发明的一个实施例中，用欧拉定律中的欧拉角，包括章动角θ、进动角ψ和自转角φ表示获取的立体音频信号中的方位特征，用3D虚拟环绕声算法可以获得该欧拉角表示的方位信息，输入到三维马达矩阵中，用于驱动马达，实现声音信息和振动的统一。
图3示出了根据本发明另一个实施例的一种可穿戴设备的示意图，该可穿戴设备300包括：
线性马达矩阵310，线性马达矩阵310通过安置在立体球面模型的若干线性马达构成，线性马达矩阵310的各个线性马达的方位，基于立体球面模型确定。
音频信息提取单元320，用于对收到的立体音频信号进行信息提取，获取立体音频信号到达该立体球面模型中心位置处的方位、频率和幅度信息。
驱动信号生成单元330，用于根据立体音频信号到达该立体球面模型中心位置处的方位、幅度和频率信息生成马达驱动信号，驱动线性马达矩阵310中距离立体音频信号方位一定范围内的线性马达振动。
其中，可穿戴设备可以包括任何跟人体皮肤接触的可穿戴的头戴和手持设备，例如虚拟头戴设备、视频眼镜、摩托车头盔、游戏手柄、动力球玩具等等。
在本发明的一个实施例中，驱动信号生成单元330，具体用于按照与立体音频信号方位的距离从小到大的顺序，驱动信号的电压值逐步衰减，频率不变，直至驱动信号的电压值小于等于驱动线性马达振动的最小驱动信号电压值。
在本发明的一个实施例中，驱动信号生成单元330还用于根据立体音频信号的频率信息确定驱动信号的电压值的衰减速度。
在本发明的一个实施例中，线性马达矩阵310的线性马达为横向振动的线性马达，且每个线性马达的起始相位和谐振频率相同；线性马达在立体球面模型上按照经纬线方向放置，所有经线方向的线性马达按照经线方向排列，所有纬线方向的线性马达按照纬线方向排列。
在本发明的一个实施例中，立体音频信号的方位使用欧拉定律中的欧拉角，包括章动角θ、进动角ψ和自转角φ表示。
需要说明的是，图3所示可穿戴设备的各实施例与上文图1所示方法的各实施例对应相同，上文已详细说明，在此不再赘述。
本发明提供的技术方案，通过基于立体球面模型安置若干线性马达构成线性马达矩阵，对收到的立体音频信号进行信息提取，获取该立体音频信号到达该立体球面模型中心位置处的方位、频率和幅度信息，并根据立体音频信号生成驱动马达矩阵的驱动信号，驱动马达矩阵中对应方位的马达按照立体音频信号的幅度和频率信息相应振动，从而可以将三维声音中的分量输入到触觉反馈的三维矩阵马达中，根据立体音频信号的特征信息控制对应位置处的线性马达按照相应的幅度和频率振动，形成与虚拟场景高度统一的三维触觉体验，从触觉上增强现实的感官体验，使得立体声音和立体触觉反馈在方位、频率和强度上达到无缝配合，让虚拟现实的沉浸式体验更优。本方案通过利用起始相位和谐振频率相同的线性马达，按照同一方向上同向排布的规则构成马达矩阵，保证了马达振动效果，提高了触感体验效果，适用于各种穿戴式设备，应用场景广。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种马达矩阵控制方法，其特征在于，该方法包括：
基于立体球面模型安置若干线性马达构成线性马达矩阵，确定所述线性马达矩阵的各个线性马达在该立体球面模型上的方位；
对收到的立体音频信号进行信息提取，获取所述立体音频信号到达该立体球面模型中心位置处的方位、频率和幅度信息；
根据所述立体音频信号到达该立体球面模型中心位置处的所述方位、幅度和频率信息生成马达驱动信号，驱动所述线性马达矩阵中距离所述立体音频信号的所述方位一定范围内的线性马达振动。
2.如权利要求1所述的马达矩阵控制方法，其特征在于，所述驱动所述线性马达矩阵中距离所述立体音频信号所述方位一定范围内的线性马达振动包括：
按照与所述立体音频信号的所述方位的距离从小到大的顺序，所述驱动信号的电压值逐步衰减，频率不变，直至所述驱动信号的电压值小于等于驱动所述线性马达振动的最小驱动信号电压值。
3.如权利要求2所述的马达矩阵控制方法，其特征在于，根据所述立体音频信号的所述频率信息确定所述驱动信号的电压值的衰减速度。
4.如权利要求1所述的马达矩阵控制方法，其特征在于，
所述线性马达为横向振动的线性马达，且每个线性马达的起始相位和谐振频率相同；
所述根据立体球面模型安置若干线性马达构成线性马达矩阵包括：
在所述立体球面模型上按照经纬线方向放置所述线性马达，使所有经线方向的线性马达按照经线方向排列，所有纬线方向的线性马达按照纬线方向排列，所有在同一方向上的线性马达器件方向一致。
5.如权利要求1所述的马达矩阵控制方法，其特征在于，
所述立体音频信号的所述方位使用欧拉定律中的欧拉角，包括章动角θ、进动角ψ和自转角φ表示。
6.一种可穿戴设备，其特征在于，该设备包括：
线性马达矩阵，所述线性马达矩阵通过安置在立体球面模型的若干线性马达构成，所述线性马达矩阵的各个线性马达的方位，基于立体球面模型确定；
音频信息提取单元，用于对收到的立体音频信号进行信息提取，获取所述立体音频信号到达该立体球面模型中心位置处的方位、频率和幅度信息；
驱动信号生成单元，用于根据所述立体音频信号到达该立体球面模型中心位置处的所述方位、幅度和频率信息生成马达驱动信号，驱动所述线性马达矩阵中距离所述立体音频信号的所述方位一定范围内的线性马达振动。
7.如权利要求6所述的可穿戴设备，其特征在于，
所述驱动信号生成单元，具体用于按照与所述立体音频信号的所述方位的距离从小到大的顺序，所述驱动信号的电压值逐步衰减，频率不变，直至所述驱动信号的电压值小于等于驱动所述线性马达振动的最小驱动信号电压值。
8.如权利要求7所述的可穿戴设备，其特征在于，
根据所述立体音频信号的所述频率信息确定所述驱动信号的电压值的衰减速度。
9.如权利要求6所述的可穿戴设备，其特征在于，
所述线性马达矩阵的线性马达为横向振动的线性马达，且每个线性马达的起始相位和谐振频率相同；
所述线性马达在所述立体球面模型上按照经纬线方向放置，所有经线方向的线性马达按照经线方向排列，所有纬线方向的线性马达按照纬线方向排列，所有在同一方向上的线性马达器件方向一致。
10.如权利要求6所述的可穿戴设备，其特征在于，
所述立体音频信号的所述方位使用欧拉定律中的欧拉角，包括章动角θ、进动角ψ和自转角φ表示。
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