CN105580063A - 控制触觉设备的方法和设备 - Google Patents

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P.吉洛特尔
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Abstract

本发明涉及用于控制与用户(11)的身体的至少一部分相关联系的至少一个力反馈设备(101，102，103)的方法。为了控制由力反馈设备(101，102，103)的位移引起的运动和移动的用户体验，该方法包含以下步骤：根据表示至少一个力反馈设备(101，102，103)的位移的至少一个参数来确定身体的至少一部分的移动的速度值，身体的至少一部分的移动由至少一个力反馈设备(101，102，103)的位移引起；比较所确定的速度值与阈值速度值，以便确定用户(11)是否感知至少一个力反馈设备(101，102，103)的位移；根据比较结果来控制至少一个参数。本发明还涉及实现方法的设备和计算机程序。

Description

控制触觉设备的方法和设备
技术领域
本发明涉及触觉领域。本发明还在使用一个或多个力反馈设备渲染的运动的触觉效果的背景下理解。本发明可以例如实现在汽车或飞行器模拟器、视频游戏、主题乐园吸引中，在家中实现用于在观看电影的同时渲染触觉效果，或者实现在剧院大厅(例如电影院)中。
背景技术
根据现有技术，已知设计运动模拟器以使观众成员感觉运动。运动模拟器被密集地用作驱动或飞行模拟器，用于学习目的或用于增强具有运动的触觉效果的视频观看体验。它们中的大多数基于Stewart平台(B.Dasgupta，“TheStewartplatformmanipulator:areview”，MechanismandMachineTheory，第35卷，第1期，第15-40页，2000年1月)。运动模拟器基本上是附接在该类型平台上的座位，其可以特别地用于增强视听体验。通过这样的运动模拟器，用户的整个身体被移动以产生各种感觉，诸如加速、下落或通过突变的气流。这样的运动模拟器影响位于内耳并且由三个正交取向的半规管和两个耳石组织构成的用户的前庭系统组织。半规管允许检测旋转移动(角加速度)，而耳石组织将关于线性加速度的信息发送给大脑。用户能够感测其身体的加速和旋转，并由此感觉到移动。但是基于Stewart平台的这些运动模拟器仍然很贵，从而限制了它们的使用。
运动的感觉还可以由力反馈设备引起，如在WO2011/032937中所公开的那样。通过对用户的手施加力，系统通过力反馈产生运动的错觉。虽然接口正牵引着手，用户感觉正向前移动。力反馈设备给出用户的动觉感。因为力反馈设备影响用户的动觉感而不是用户的前庭系统，因此适于控制Stewart平台的位移以及与这样的位移相关联的触觉效果的方法不适于控制力反馈设备和相关联的触觉效果。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的这些不足中的至少一个。
更具体地，本发明的目的在于控制由力反馈设备的位移引起的运动和移动的用户检验。
本发明涉及一种用于控制与用户的身体的至少一部分相关联的至少一个力反馈设备的方法。该方法包含以下步骤：
-根据表示所述至少一个力反馈设备的位移的至少一个参数来确定所述身体的至少一部分的移动的速度值，所述身体的至少一部分的位移由所述至少一个力反馈设备的位移引起；
-比较所确定的速度值与阈值速度值，以确定所述至少一个力反馈设备的位移是否被用户感知；
-根据比较结果来控制所述至少一个参数。
根据具体特征，根据所述身体的至少一部分的生物学模型来获得所述身体的至少一部分的移动的速度的确定。
有利地，根据与所述身体的至少一部分相关联的生物力学约束来确定阈值速度值。
根据具体特征，当所确定的速度值大于或等于阈值速度值时，所述至少一个力反馈设备的位移被用户感知。
有利地，控制所述至少一个参数包含当所述至少一个力反馈设备的位移被用户感知时修改所述至少一个参数。
根据另外的特征，所述至少一个参数属于包含以下的参数组：
位移的幅度；
位移的开始时间；
位移的持续时间；
位移的开始位置；
位移的速度。
本发明还涉及一种被配置用于控制与用户的身体的至少一部分相关联的至少一个力反馈设备的设备，该设备包含至少一个处理器，所述至少一个处理器被配置为：
-根据表示所述至少一个力反馈设备的位移的至少一个参数来确定所述身体的至少一部分的移动的速度值，所述身体的至少一部分的位移由所述至少一个力反馈设备的位移引起；
-比较所确定的速度值与阈值速度值，以确定所述至少一个力反馈设备的位移是否被用户感知；
-根据比较结果来控制所述至少一个参数。
有利地，所述至少一个处理器被配置用于根据所述身体的至少一部分的生物学模型来确定所述身体的至少一部分的移动的速度。
根据具体特征，所述至少一个处理器还被配置用于根据与所述身体的至少一部分相关联的生物力学约束来确定阈值速度值。
根据另外的特征，当所确定的速度值大于或等于阈值速度值时，所述至少一个力反馈设备的位移被用户感知。
有利地，所述至少一个处理器还被配置用于当所述至少一个力反馈设备的位移被用户感知时修改所述至少一个参数。
根据具体特征，该设备包含用于显示用户感知所述至少一个力反馈设备的位移的可能性的信息的部件。
本发明还涉及一种计算机程序产品，其包含当所述程序在计算机上被执行时，用于由至少一个处理器执行以执行用于控制至少一个力反馈设备的方法的程序代码的指令。
附图说明
通过阅读下面的描述，将更好地理解本发明，其他具体特征和优点将呈现，该描述参照附图，在附图中：
图1A和1B示出根据本发明的具体实施例的包含力反馈设备的运动模拟器；
图2示出根据本发明的具体实施例的图1A和1B的运动模拟器的控制；
图3A至3E示出根据本发明的具体实施例的由图1A和1B的运动模拟器的力反馈设备的位移引起的触觉效果；
图4示出根据本发明的具体实施例的适于帮助控制图1A和1B的运动模拟器的图形用户界面；
图5以图解示出根据本发明的具体实施例的实现用于控制图1A和1B的运动模拟器的方法的设备；
图6示出根据本发明的具体实施例的用于控制图1A和1B的运动模拟器的方法；
图7示出根据本发明的具体实施例的使用图1A和1B的运动模拟器的用户的模型。
具体实施方式
将参照用于控制例如形成运动模拟器的一个或多个力反馈设备的方法的具体实施例来描述本发明。有利地，每个力反馈设备与用户的身体的一部分(例如，手臂、头部或腿)相关联，并且力反馈设备的位移拖拽身体的相关联的部分，使其移动。表示力反馈设备的位移的参数用于确定由与身体的一部分相关联的力反馈设备引起的身体的该部分的移动的速度。比较这样确定的速度值与阈值速度值，使得能够确定身体的该部分的位移是否被用户感知。根据比较结果，控制表示力反馈设备的位移的参数，例如以增加或减少由力反馈设备的位移引起的身体的所述部分的移动的速度。这有利地允许管理用户的移动的效果体验的体验，其在效果过低的情况下可以被用于增加效果，或者被用于以效果不再被用户感知的方式减小效果，例如用于冲洗滤波器(washoutfilter)。
图1A示出根据本发明的具体且非限制性的实施例的运动模拟器1，图1B示出在图1A的运动模拟器1上坐下的用户11。为此，有利地，运动模拟器包含椅子10，有利地，椅子10包含座位和靠背。根据变体，椅子10可仅包含座位，并且没有靠背。两个手部力反馈设备102和103位于椅子10的两侧上。用户的手每一个放在手部力反馈设备102、103之一上。手部力反馈设备102和103以用户11容易抓住它们的方式来安置。被称为头部力反馈设备的第三力反馈设备101位于头部后面的水平面上，亦即代替枕头。有利地，力反馈设备101、102和103位于以力反馈设备被安置为与用户的身体的特定部分(例如，手部和头部)接触的方式配置的框架105上。有利地，可调节力反馈设备101至103中的每一个的位置，以适合用户11的大小和形态。为此目的，框架105例如是可调节的，亦即，手部力反馈设备102和103之间的距离例如是可调节的和/或椅子10的座位与头部力反馈设备之间的距离例如是可调节的。如图1B所示，用户11在每个手中具有力反馈设备102、103的把手，并且用户11的头部靠在头部力反馈设备101上。根据轴X、Y和Z(形成标准正交基的轴X、Y和Z)的力反馈设备101至103的位移引起用户的肢体和头部的移动。有利地，力反馈设备的位移经由例如表示在标准正交基中表示的力反馈设备的初始和最终坐标X、Y和Z(对应于位移的开始处的力反馈设备的初始位置的初始坐标以及对应于位移的结束处的力反馈设备的最终位置的最终坐标)以及位移的开始时间和结束时间的参数来控制。根据变型，控制力反馈设备的位移的参数包含位移的初始和最终坐标以及速度和加速度。
自然，力反馈设备的数量不限于三个，而是扩展至大于或等于1的任何数量，下面列表的任何组合均是可行的：
-与用户的头部相关联的一个力反馈设备；
-与用户的每个手相关联的一个力反馈设备；
-与用户的每个脚相关联的一个力反馈设备；
-与用户的后背相关联的一个力反馈设备；
-与用户的两个手相关联的一个力反馈设备；
-与用户的两个脚相关联的一个力反馈设备。
例如，力反馈设备的数量可以是五个，亦即，与用户11的头部关联的一个力反馈、与用户11的每个手头部关联的一个力反馈设备、并且与用户11的每个脚头部关联的一个力反馈设备。根据其他示例，力反馈设备的数量可以是两个，亦即，与两个手头部关联的一个力反馈设备并且与两个脚头部关联的一个力反馈，或者与两个手头部关联的一个力反馈设备并且与头部关联的一个力反馈设备；力反馈设备的数量可以是三个，例如，与后背头部关联的一个力反馈设备、与每个手头部关联的一个力反馈；等等。
有利地，每个力反馈设备101至103被配置用于沿着每个轴X、Y和Z完成平移位移/移动，并且因此具有三个自由度。刺激用户的手部的两个力反馈设备102、103和刺激用户的头部的力反馈设备101的组合，即具有三个自由度的每个力反馈设备101至103，使得能够模拟运动的6个自由度效果。然后，被这三个力反馈设备刺激的用户11感觉到各种感觉，诸如例如加速、制动、下落。有利地，他/她感觉到的运动的感觉涉及用户正在观看的视觉内容。
根据变型，用户不直接与力反馈设备接触，或者至少不与一些力反馈设备接触。根据该变型，由力反馈设备引起的用户11的身体的该部分的移动通过框架105的移动元件(例如，通过移动盘的扶手)从力反馈设备传送到用户的身体的肢体/部件。
根据另外的变型，用户站起来，并且运动模拟器不包含任何椅子，而仅包含位于框架105上的一个或多个力反馈设备。
图2例示根据本发明的具体且非限制性实施例的运动模拟器1的力反馈设备101、102或103的控制。
定义用户11的身体的生物力学模型。例如，生物力学模型可以是如图7所示的用户的身体的简化的生物力学模型。该生物力学模型7通过躯干来表示。用户的手臂的表示包含两个体节71和72以及两个关节701和702。体节71表示用户的前臂，而体节72表示用户的手臂的上半部。体节71经由对应于用户的肘部的关节701与体节72连接。体节72经由对应于肘部的关节702与用户的躯干70连接。颈部用一个体节74以及将颈部和头部73与躯干70连接的一个关节703来表示。通过解剖数据来定义体节的尺寸(尤其是它们的长度)以及关节能够进行的旋转的角度限制(例如，参见SchuenkeM.、SchulteE.、SchumacherU.、RossL.M.、LampertiE.D.和VollM.的“GeneralAnatomyandMusculoskeletalSystem”，ThiemeMedicalPublishersInc，2010年)。
用于控制力反馈设备的第一步骤是针对力反馈设备的命令规则。如在Danieau等人的“HapSeat:ProducingMotionSensationwithMultipleForce-feedbackDevicesEmbeddedinaSeat”(VRST’12，2012年12月10-12日，多伦多，安大略湖，加拿大)中所述，力反馈设备的位移，例如在位移结束处的力反馈设备的最终位置22，根据命令规则模型201以及包含表示平移加速度20的数据和表示角速度21的数据来计算。有利地，平移加速度数据20和角速度数据21描述将由坐在运动模拟器1上的用户所感受到的一般运动。一般运动例如对应于在用户正在观看的电影的序列中包含的运动或者用户正在玩的视频游戏中的用户的化身的运动。有利地，用户正在观看的视听内容根据本领域技术人员已知的任何方法用平移加速度数据20和角速度数据21来加强(拍摄视听内容的视频相机例如配备被配置用于测量数据20和21的惯性测量单元)。然后，提取这些数据20和21，以输入到命令规则模型201中。在命令规则模型201的输出处获得被用于控制形成运动模拟器1的力反馈设备101至103中的每一个的位移的参数(例如，在位移期间的力反馈设备的结束位置或力反馈设备的加速度)。
在第二步骤中，身体的该部分(例如肢体)做出的移动的速度根据引起身体的该特定部分的移动的力反馈设备的最终位置22，例如通过使用逆向运动学(IK)算法202(例如参见ChrisWelman的“Inversekinematicsandgeometricconstraintsforarticulatedfiguremanipulation”，西蒙弗雷泽大学)并根据生物力学模型7来计算。给出表示力反馈设备的位移(例如最终位置)的参数22和与力反馈设备相关联的身体的该部分的生物力学模型，IK算法提供由相关联的力反馈设备引起的身体的该部分的移动所影响的关节的角度。如果考虑图1A和1B的力反馈103，则与其相关联的身体的该部分是用户的手臂(通过图7的体节71和72来建模)，并且受手臂的移动影响的关节是肘部701和肩膀702。IK算法的示例是CCD(循环坐标下降)算法和雅克比矩阵转置(JacobianTranspose)方法。CCD算法例如对应于通过修改受移动影响的身体的该部分的每个关节的角度将与力反馈设备相关联的身体的该部分的末端(也被称为末端执行器，例如与力反馈设备103接触的用户的手部)与力反馈设备的最终位置之间的距离最小化的迭代方法。在影响若干关节时，方法通过修改最接近于末端执行器的关节(例如，上述示例中的肘部701)的角度而开始，然后转到下一个最远的(例如，上述示例中的肩膀702)，等等。
在第二步骤中，然后比较身体的该部分的移动的速度值与阈值速度值，以确定身体的该部分的移动(因此，引起该移动的力反馈的位移)被用户感知。阈值速度值也被称为动觉感知阈值。术语动觉是指肢体移动和位置的感知，并且往往被宽泛地定义为还包括对力的感知。这些感觉感知主要源自于肌肉中的机械感受器的活动，其向中枢神经系统提供关于肌肉的静态长度、肌肉长度改变的速率以及肌内产生的力的信息。我们对我们的肢体在空间中的何处、我们的肢体何时移动以及它们交互的对象的机械属性(例如重量、柔量)的意识来自于这些信号。关于肢体位置和移动的改变的感知信息还出自其他来源，即皮肤和关节中的感受器。这些输入看上去对于手部中的动觉是特别重要的，因为关节和/或皮肤麻木削弱检测手指移动和感知手指位置的能力。对于诸如膝盖、关节和/或皮肤这样的更多的近端关节，麻木对于肢体位置的感知没有显著影响。例如，根据LynetteA.Jones的“KinestheticSensing”(发表于HumanandMachineHaptics，MIT出版，2000年)知道，检测肢体的移动的能力取决于包括移动的速度、具体关节移动以及控制关节的肌肉的收缩状态的若干因子。较快的移动比较慢的移动更易于检测，并且对于手指的远端关节，阈值随着移动速度从1.25°/s增加到10°/s而从8°减小至1°。然后，阈值在10-80°/s的速度范围上基本上以1°保持不变(Hall&McCloskey，1983年)。诸如肘部或肩膀这样的近端关节的移动比诸如在手部的手指基部处的掌指关节这样的更远端的关节做出的相同幅度的移动更易于检测。更近端的关节的这种较好的表现并不令人惊讶，因为它们比远端关节更慢地移动，并且这些关节的旋转比在更远端的关节处的相同角度的旋转导致肢体的端节点的更大的移动。例如，当肩膀旋转1°时，伸展的手臂的中指指尖移动13mm。而中指的远端的指节间的关节的1°的旋转仅导致指尖的0.5mm的移动。因此，很清楚的是，人类身体的近端关节比远端关节更敏感。对肘部的检测阈值例如大约1°/s，而对于肩膀，检测阈值较小，亦即，例如大约0.5°/s。根据这些生物力学约束24并且根据身体的所考虑的部分的移动的速度23，确定身体的所考虑的部分的移动是否被用户感知。如果速度值23大于或等于阈值速度值(根据生物力学约束24推知)，则身体的所考虑的部分的移动被用户感知，这意味着与身体的所考虑的部分相关联的力反馈设备的位移被用户感知。如果速度值23小于阈值速度值(根据生物力学约束24推知)，则身体的所考虑的部分的移动不被用户感知，这意味着与身体的所考虑的部分相关联的力反馈设备的位移不被用户感知。
根据比较结果，可以例如通过触觉渲染适配器203来适配控制力反馈设备的位移的参数。例如，如果比较结果示出力反馈的位移将因为力反馈设备的初始参数不适合于该目标而不被用户感知，则稍稍修改参数以使位移被用户感知。可以增加位移的幅度，或者可以增加与位移相关联的平移的加速度。当位移的目标是执行冲洗滤波器时，亦即使力反馈在用户感觉不到位移的情况下回到初始位置(例如休息位置)时，并且如果比较结果示出位移将被用户感知，则稍稍修改参数以使位移不被用户感知。然后可以减小位移的幅度和/或加速度。
有利地，针对形成运动模拟器1的力反馈设备101至103的每一个迭代第二和第三步骤。
图3A至3E示出根据本发明的具体且非限制性的实施例的例如运动模拟器1的力反馈设备中的一个的位移引起的动觉效果。图3A至3E的示例对应于与用户的身体的一部分(例如头部)相关联的力反馈的位置。横坐标轴表示以秒(s)为单位的时间，而纵坐标轴表示以米(m)为单位表示的力反馈设备的位置。
图3A例示根据第一示例的沿着X轴的一个力反馈设备的位移。例示两个动觉效果31和32。第一效果31开始于时间0时和位置0.00m处，并且在位置-0.05m处结束于时间12s时。第二效果32开始于时间65s时和位置0.00m处，并且在位置-0.05m处结束于时间78s时。在第一效果31结束时，力反馈设备直接返回“零”位置(亦即0.00m)以准备好在不进行冲洗的情况下渲染下一个效果，这意味着用户感觉到力反馈设备何时返回到休息位置(亦即0.00m)。身体的所考虑的部分的这种强烈的移动(其速度大于动觉感知速度)被用户感觉到并且可能干扰用户体验。第二效果32类似于第一效果31，亦即不进行冲洗。
图3B例示根据第二示例的沿着X轴的力反馈设备的位移。例示两个动觉效果33和34。第一效果33开始于时间0s和位置0.00m处，并且在位置-0.05m处结束于时间12s。第二效果34开始于时间65s和位置0.00m处，并且在位置-0.05m处结束于时间78s。与图3A不同，在第一效果33的结束与第二效果34的开始之间执行冲洗，由轮廓线331所示。在冲洗331期间，力反馈设备慢慢地并且察觉不到地返回到“零”(或休息)位置。力反馈设备的速度小于动觉感知速度，并且因此，用户在两个触觉效果33和34期间感觉不到力反馈设备的位移。于是，用户体验更好，因为用户仅感觉到两个触觉效果33和34(其例如对应于用户正在观看的电影中的运动或者用户正在玩的视频流中的化身的运动)而没有感觉到冲洗。
图3C例示根据第二示例的沿着X轴的力反馈设备的位移。例示两个动觉效果35和36。第一效果35开始于时间0s和位置0.00m处，并且在位置-0.05m处结束于时间12s。第二效果36开始于时间23s和位置0.00m处，并且在位置-0.05m处结束于时间35s时。与图3B不同并且如图3A中那样，在第一效果35的结束与第二效果36的开始之间没有冲洗。而是在第一效果35的结束时，力反馈设备快速地返回到“零”(或休息)位置，其速度大于动觉感知速度。但是与没有冲洗但是有用于它的时间(如图5B所示)的图3A不同，第一效果35的结束(在时间12s)与第二效果36的开始(在时间23s)之间的时间差不足以执行冲洗。这在图3D中更详细地例示。
图3D例示与图3C中相同的第一效果35和第二效果36。开始于时间12s(在第一效果35结束时)的轮廓线371例示冲洗，亦即，以小于动觉感知速度的速度的力反馈设备的位移。但是如清楚地呈现在图3D中的那样，第一效果35的结束与第二效果36的开始之间的时间差的长度不足以以低于动觉感知速度的速度将第一效果的结束与第二效果的开始联系起来。以恰好低于动觉感知速度的速度并且从第一效果35的结束(在位置0.05m处并且时间12s)开始，力反馈设备将在时间23s(对应于第二效果36的开始)时仅到达位置-0.035m处，然后以比动觉感知速度高得多的速度、通过强烈的位移强迫力反馈设备到达“零”(或休息)位置，该强烈的位移由轮廓线372示出。然后，这样的强烈位移372将被用户感觉到，导致不想要的触觉效果，亦即，不好的用户体验。
为了克服由两个触觉效果35和36之间的时间的不足引起的问题，可以执行优化步骤来修改两个触觉效果35和36中的至少一个。可以修改下面列表中的与力反馈设备的位移相关联的一个或若干参数，以允许第一效果35和第二效果36之间的冲洗：
-对应于引起触觉效果的位移的幅度的效果的幅度：可以减小效果的幅度以便要求更多的时间用于冲洗；
-对应于引起触觉效果的位移的开始位置的效果的开始位置：通过移动开始位置来以结束位置更接近于“零”(或休息)位置的方式移动结束位置，能够允许在非常短的时间内的冲洗(同时保持触觉效果的幅度)；
-对应于引起触觉效果的位移的开始时间的效果的开始时间：通过移动开始时间并且保持相同的持续时间，触觉效果将更快地结束，这将给出更多的时间用于冲洗；根据变型，第一效果的开始时间可以提前，并且第二效果的开始时可以延迟，以增加第一和第二效果之间的时间差；
-对应于引起触觉效果的位移的持续时间的效果的持续时间：通过减小效果的持续时间，效果将更快地结束，给出更多的时间用于冲洗；
-自由度：代替仅使用力反馈设备的一个或两个自由度，可以使用三个轴X、Y和Z来执行冲洗；
-动觉感知速度：通过增加动觉感知速度的值，能够需要更少的时间用于执行冲洗滤波器；然而，动觉感知速度的值的增加是有限的，因为动觉感知速度的过高的值将导致用户感觉到移动/位移，导致在冲洗的情况下的不好的用户体验。
图3E例示修改了与力反馈设备的位移相关联的参数以允许第一触觉效果35和第二触觉效果36之间的冲洗滤波器的情况。在图3E所示的示例中，第一效果37(对应于图3C和3D的第一效果35)的开始位置从0.00m(第一效果35)移动至0.045m。第一效果37的幅度和持续时间与图3C和3D的第一效果35的持续时间相同。因此，第一效果的结束位置从-0.05m(对应于第一效果35的结束位置)移动至-0.005m，其非常接近于力反馈设备的“零”(或休息)位置，并且离等于0.00m的第二效果36的开始位置非常近。因此，即使第一效果37与第二效果36之间的时间差很短，由于这两个效果37和36之间的位置差异很低，所以能够执行冲洗，亦即将不被用户感知的力反馈设备的位移。
自然，能够组合上述列表中的若干参数的修改以允许冲洗，任何组合都是可能的。例如，可以修改效果的开始位置和幅度，或者第一效果的开始时间和第一效果的(和/或第二效果的)开始位置，或者效果的开始位置和持续时间，等等。
图4例示根据本发明的具体且非限制性实施例的被适配为帮助控制运动模拟器1的一个或若干力反馈设备的位置的图形用户界面4(GUI)。GUI包含：第一部分41，用于显示电影的图像，电影包含将以触觉方式渲染以使得正在观看电影的用户能够更好地沉浸在电影中的电影效果；第二部分42和第三部分43，用于对力反馈设备的位移进行图形编辑，第二部分例如编辑位移的平移分量，而第三部分例如编辑位移的旋转分量；以及第四部分44，图形地表示与图像41相关联的触觉效果和冲洗441至447。对应于图像41的电影效果的触觉效果是效果441、443、445和447。有利地，将被用户感觉到的效果视觉地标识在GUI上，例如通过将第一特定色彩或第一特定纹理关联到这些效果，以及有利地将不会被用户感觉到的效果将被视觉地标识在GUI上，例如通过关联不同于第一色彩或第一纹理的第二特定色彩或第二特定纹理。从而，负责控制触觉效果的人能够快速地标识与触觉效果相关联的参数是否适于渲染触觉效果。如果否，则可以修改参数，并且该人可以自动地看到参数修改的结果。对应于冲洗的效果用标号442、444和446来标识。第一色彩或纹理与冲洗442相关联，不同于第一个的第二色彩或纹理与冲洗444相关联，并且不同于第一和第二个的第三色彩或纹理与冲洗446相关联。第一、第二和第三色彩或纹理的含义如下：
-用第一色彩或纹理标识的冲洗是将不被用户感觉到的冲洗，用于实现该冲洗的时间充足，并且与力反馈设备的位移相关联的参数允许力反馈设备的位移的速度小于动觉感知速度；
-用第二色彩或纹理标识的冲洗是将被用户感觉到、但是可以通过在冲洗期间修改与力反馈设备的位置相关联的参数和/或可以在围绕冲洗的触觉效果的一个或两个之前通过修改与力反馈设备的位移相关联的参数而被适配为不被用户感觉到的冲洗；
-用第三色彩或纹理标识的冲洗是无论如何都将被用户感觉到的冲洗，无论与冲洗期间和围绕冲洗的触觉效果期间的力反馈设备的位移相关联的参数的值如何。
控制冲洗的人将能够容易且快速地标识哪些冲洗被良好地参数化、哪些冲洗必须修改以不被用户感觉到以及哪些冲洗是不可能的。
图5以图解示出根据本发明的具体且非限制性的实施例的被配置用于控制运动模拟器1的设备5的硬件实施例。设备5还被配置用于创建一个或若干图像(例如，表示图形用户界面4的图像)的显示信号。设备5对应于例如个人计算机(PC)、膝上型电脑、平板、智能电话、游戏控制台或多媒体终端。
设备5包含以下元件，其通过还传输时钟信号的地址和数据总线55相互连接：
-微处理器51(或CPU)，
-图形卡52，包含：
·若干图形处理器单元(或GPU)520，
·图形随机存取存储器(GRAM)521，
-ROM(只读存储器)型的非易失性存储器56，
-随机存取存储器或RAM57，
-一个或若干I/O(输入/输出)设备54，诸如例如键盘、鼠标、网络相机，以及
-电源58。
设备5还包含直接连接到图形卡52的显示屏幕型的显示设备53，以显示在图形卡中例如实况地计算和合成的合成图像。使用专用总线将显示设备53连接至图形卡52提供如下优点：具有更大的数据传送比特率，并且因此降低显示由图形卡合成的图像的等待时间。根据变型，显示设备在设备5的外部，并且通过缆线或无线地连接到设备5，以便传送显示信号。设备5(例如图形卡52)包含用于传送或连接(未在图5中示出)的接口，其被适配为将显示信号传送给诸如例如LCD、等离子屏幕或视频投影仪这样的外部显示装置。
注意，在存储器521、56和57的描述中使用的词语“寄存器”指在所提及的每个存储器中的低容量的存储器区域(一些二进制数据)以及大容量的存储器区域(允许存储整个程序或者表示所计算的或要显示的数据的数据的全部或部分)。
当被接通时，微处理器51载入并执行包含在RAM57中的程序的指令。
随机存取存储器57尤其包含：
-在寄存器570中，负责接通设备5的微处理器51的操作程序，
-表示运动模拟器的力反馈设备的位移的参数571，例如用于每个效果/冲洗的设备的开始时间和开始位置、用于每个效果/冲洗的设备的结束时间和结束位置；
-表示用户的身体模型的参数572，例如形成身体的每个部分的体节和关节；
-表示图形用户界面的参数573。
实现特定于本发明并且在下面描述的方法的步骤的算法存储在与实现这些步骤的设备5相关联的图形卡52的存储器GRAM521中。当被接通时，并且一旦表示力反馈设备的位移的参数571、表示身体模型的参数572以及表示GUI的参数573被加载到RAM57，图形卡52的图形处理器520就将这些参数加载到GRAM521中，并且例如使用HLSL(高级着色器语言)或GLSL(OpenGL着色语言)以“着色器”型的微程序的形式来执行这些算法的指令。
随机存取存储器GRAM521尤其包含：
-在寄存器5211中，表示GUI的参数，
-在寄存器5212中，表示根据表示力反馈设备的位移的参数计算出的触觉效果和/或冲洗的参数；
-在寄存器5213中，表示用户感知或未感知运动的信息。
根据变型，表示位移的参数571和表示身体模型的参数572不被加载到GRAM521中，而是由CPU51来处理。根据该变型，表示触觉效果和/或冲洗滤波器的参数以及表示用户感知或未感知运动的信息存储在RAM57中而不是GRAM521中。
根据另外的变型，电源58在设备5的外部。
图6例示根据本发明的非限制性的有利的实施例的在设备5中实现的控制运动模拟器1的方法。
在初始化步骤60期间，更新设备5的不同的参数。具体地，在任何方式初始化表示力反馈设备和/或生物力学模型的位移的参数。
然后，在步骤61期间，计算由引起移动的力反馈设备所刺激的身体的该部分的移动的速度值。该计算基于用于控制力反馈设备的位移的参数，例如位移结束时的力反馈设备的最终位置和/或在位移期间力反馈设备的位移的持续时间和/或加速度等。
有利地，通过使用用户的身体的生物力学模型或正在移动的身体的至少一部分的算法来确定速度值。生物力学模型对应于具有链接身体的肢体或部分的关节的用户的身体的简化表示，其允许通过考虑肢体和关节的移动中涉及的生物力学约束和限制，来合成由力反馈设备的位移引起的肢体或若干互连的肢体的移动。
然后，在步骤62期间，比较在步骤61时所确定的速度值与对应于动觉感知速度的阈值速度值。根据人类身体的生物力学约束来推知阈值速度值，阈值速度值取决于受力反馈设备的位移引起的移动影响的身体的该部分。有利地，仅考虑包含由力反馈设备刺激的身体的该部分的关节用于速度值与阈值速度值之间的比较。根据变型，除了关节之外，还考虑由力反馈设备的位移所刺激的身体部分。比较的结果使得能够确定身体的该部分的移动是否被用户感知，这意味着确定引起身体的该部分的移动的力反馈设备的位移是否被用户感知。实际上，如果在步骤61确定的速度值大于或等于阈值速度值，则力反馈设备的位移(以及身体的该部分的相关联的移动)被用户感知，因为速度值大于或等于身体的该部分(属于身体的该部分的关节和/或肢体)的感知速度。但是如果在步骤61确定的速度值小于阈值速度值，则力反馈设备的位移(以及身体的该部分的相关联的移动)不被用户感知，因为速度值小于身体的该部分(属于身体的该部分的关节和/或肢体)的感知速度。
然后，在步骤63期间，根据比较结果，如有必要，则控制并修改用于控制力反馈设备的位移的参数。如果根据比较，位移被确定为不被用户感知，而其应当被感知，则修改参数以放大位移以使用户感觉到位移。为此，例如，可以修改位移的最终位置以增加位移的幅度，或者增加位移的速度和/或加速度。如果根据比较，位移被确定为被用户感知，而其不应当被感知(例如，在冲洗的情况下)，则修改参数以减小位移的幅度和/或速度和/或加速度，以使用户感觉不到位移。如果比较的结果与感知一致，则用户应当具有该位移，于是使参数(区域)不变。
有利地，针对每个力反馈设备和将经由包含力反馈设备的运动模拟器执行的每个触觉效果和/或冲洗，迭代步骤61、62和63。
自然，本发明不限于先前描述的实施例。
具体地，本发明不限于用于控制运动模拟器的方法，而是还扩展至实现该方法的任何设备，特别是包含至少一个CPU和/或至少一个GPU的任何设备。实现所述方法的步骤所需的计算的实现方式不限于着色器型微程序的实现方式，而是扩展至任何程序类型的实现方式，例如可以由CPU类型的微处理器执行的程序。
本发明还涉及用于执行冲洗和/或用于确定移动或位移是否被用户感知的方法(以及所配置的设备)。本发明还涉及用于产生触觉效果的方法和设备。
例如，在本文中描述的实现方式可以实现为方法或过程、装置、软件程序、数据流或者信号。尽管仅在单一形式的实现方式的背景下进行了讨论(例如，仅作为方法或设备进行了讨论)，但是所述特征的实现方式还可以以其他形式(例如程序)来实现。例如，装置可以实现为专用硬件、软件和固件。例如，所述方法可以实现在诸如例如处理器(一般被称为处理设备，例如包括计算机、微处理器、集成电路或可编程的逻辑设备)这样的装置中。处理器还包括通信设备，诸如例如智能电话、平板、计算机、移动电话、便携/个人数字助理(“PDA”)以及便于与终端用户之间进行信息通信的其他设备。
在本文中描述的各种处理和特征的实现方式可以实施在各种不同的装置或应用中，具体地，例如与数据编码、数据解码、视图生成、纹理处理以及图像和相关的纹理信息和/或深度信息的其他处理。这样的装置的示例包括编码器、解码器、处理来自解码器的输出的后处理器、向编码器提供输入的预处理器、视频编码器、视频解码器、视频编解码器、网络服务器、机顶盒、膝上型电脑、个人计算机、手机、PDA以及其他通信设备。应当清楚的是，该装置可以是移动的，甚至可以安装在移动交通工具中。
另外，所述方法可以通过由处理器执行的指令来实现，这样的指令(和/或由实现方式所产生的数据值)可以存储在诸如例如集成电路、软件载体或其他存储设备这样的处理器可读介质上，其他存储设备诸如例如硬盘、压缩盘(“CD”)、光盘(诸如例如往往被称为数字多功能盘或数字视频盘的DVD)、随机存取存储器(“RAM”)或只读存储器(“ROM”)。指令可以形成有形地实施在处理器可读介质上的应用程序。例如，指令可以在硬件、固件、软件或其组合中。例如，指令可以存在于操作系统、单独的应用或两者的组合中。因此，处理器既可以被表征为被配置为执行处理的设备，也可以被表征为包括具有用于执行处理的指令的处理器可读介质(诸如存储设备)的设备。另外，除了指令之外或者替代指令地，处理器可读介质还可以存储由实现方式所产生的数据值。
对于本领域的技术人员显然的是，实现方式可以产生被格式化以携带例如可以被存储或传送的信息的各种信号。例如，信息可以包括用于执行方法的指令或者由所述实现方式之一所产生的数据。例如，信号可以被格式化以携带用于写入或读取所述实现例的语法的规则作为数据，或者携带由所述实施例写入的实际的语法值作为数据。例如，可以将这样的信号格式化为电磁波(例如，使用频谱的射频部分)或者基带信号。例如，格式化可以包括对数据流进行编码以及对具有经编码的数据流的载波进行调制。例如，信号携带的信息可以是模拟或数字信息。如已知那样，信号可以通过各种不同的有线或无线链路来传送。信号可以存储在处理器可读介质上。
已经描述了多种实现方式。然而，应当理解，可以进行各种修改。例如，不同实现方式的元件可以组合、补充、修改或移除，以生成其他实现方式。另外，本领域的普通技术人员将理解，其他结构和处理可以替换所公开的那些，并且得到的实现方式将以与所公开的实现方式至少基本相同的方式，来执行与所公开的实现方式至少基本相同的功能，以得到与所公开的实现方式至少基本相同的结果。相应地，本申请想到这些以及其他实现方式。
本发明可以在剧场中、在家中、在汽车或飞行器模拟器中、在主题乐园吸引中使用。有利地，参照图5描述的设备5配备交互部件，诸如键盘、鼠标、游戏杆，或者用于引入命令的任何其他方式，例如声音识别也是可行的。

Claims (15)

1.一种用于控制与身体的至少一部分相关联的至少一个力反馈设备(101，102，103)的方法，其特征在于，该方法包含：
根据表示所述至少一个力反馈设备(101，102，103)的位移的至少一个参数(571)来确定(61)所述身体的至少一部分的移动的速度值，所述身体的至少一部分的移动由所述至少一个力反馈设备(101，102，103)的位移引起；
当所确定的速度值等于或大于阈值速度值时，通过修改所述至少一个参数来控制(63)所述至少一个参数，修改所述至少一个参数以将所述速度值减少至低于所述阈值速度值。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，在冲洗滤波的情况下修改所述至少一个参数以使所述至少一个力反馈设备的位移不被感知。
3.根据权利要求1至2中的任一项所述的方法，其中，根据所述身体的至少一部分的生物力学模型(7)来获得所述身体的至少一部分的移动的速度的确定(61)。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的方法，其中，根据与所述身体的至少一部分相关联的生物力学约束(24)来确定所述阈值速度值。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的方法，其中，当所确定的速度值大于或等于所述阈值速度值时，所述至少一个力反馈设备(101，102，103)的位移被感知。
6.根据权利要求1至5中的任一项所述的方法，其中，所述至少一个参数属于包含如下的参数组：
位移的幅度；
位移的开始时间；
位移的持续时间；
位移的开始位置；
位移的速度。
7.一种被配置用于控制与身体的至少一部分相关联的至少一个力反馈设备(101，102，103)的设备(5)，其特征在于，该设备包含至少一个处理器(51，520)，所述至少一个处理器被配置为：
根据表示所述至少一个力反馈设备(101，102，103)的位移的至少一个参数(571)来确定所述身体的至少一部分的移动的速度值，所述身体的至少一部分的移动由所述至少一个力反馈设备(101，102，103)的位移引起；
当所确定的速度值等于或大于阈值速度值时，通过修改所述至少一个参数来控制所述至少一个参数，修改所述至少一个参数以将所述速度值减少至低于所述阈值速度值。
8.根据权利要求7所述的设备，其中，在冲洗滤波的情况下修改所述至少一个参数以使所述至少一个力反馈设备的位移不被感知。
9.根据权利要求7至8中的任一项所述的设备，其中，所述至少一个处理器(51，520)被配置用于根据所述身体的至少一部分的生物力学模型来确定所述身体的至少一部分的移动的速度。
10.根据权利要求7至9中的任一项所述的设备，其中，所述至少一个处理器(51，520)还被配置用于根据与所述身体的至少一部分相关联的生物力学约束来确定所述阈值速度值。
11.根据权利要求7至10中的任一项所述的设备，其中，当所确定的速度值大于或等于所述阈值速度值时，所述至少一个力反馈设备(101，102，103)的位移被感知。
12.根据权利要求7至11中的任一项所述的设备，其中，所述至少一个参数属于包含如下的参数组：
位移的幅度；
位移的开始时间；
位移的持续时间；
位移的开始位置；
位移的速度。
13.根据权利要求7至12中的任一项所述的设备，其中，该设备包含用于显示表示感知所述至少一个力反馈设备(101，102，103)的位移的可能性的信息的部件。
14.一种计算机程序产品，其特征在于，其包含当所述程序在计算机上被执行时用于执行根据权利要求1至6中的一项所述的方法的步骤的程序代码的指令。
15.一种非易失性计算机可读介质，包含在其上记录的、能够由处理器运行的、包括用于实现根据权利要求1至6中的任一项所述的方法的程序代码指令的计算机程序产品。
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