CN109478354B - 触觉引导系统 - Google Patents

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Abstract

一种用于将用户引导到目标的系统。所述系统包括一个或多个触觉输出装置，以及任选地一个或多个传感器。所述系统还包括处理器，所述处理器被配置成：确定手靠近目标；以及响应于确定所述手靠近所述目标，将控制信号发射到一个或多个触觉输出装置，其中所述一个或多个触觉输出装置在所述手上生成触觉感觉以将所述手引导到所述目标。

Description

触觉引导系统
相关申请的交叉引用
本申请要求2016年7月22日提交的第62/365,960号美国临时专利申请的权益，所述美国临时专利申请特此以引用的方式并入本文中。
技术领域
各种实施方案大体上涉及人机界面，并且更具体地说，涉及触觉引导系统。
背景技术
计算机在例如汽车、摩托车、船和飞机等车辆中的集成已经显著地增加了车辆功能。现代车辆通常包括众多控制单元，例如发动机控制单元、动力系控制单元、车载信息娱乐系统、门控制单元，所有这些都包括人机界面。明确地说，各种类型的控制单元允许用户通过调整与控制单元相关联的一个或多个输入元件来修改车辆参数。举例来说，用户可以经由音量旋钮修改车载信息娱乐系统的音频系统音量。另外，用户可以经由车辆内的触摸屏上显示的按钮来修改音频音量。
常规上，为了使用户经由输入元件调整车辆参数，用户必须在视觉上和/或触觉上定位输入元件。举例来说，为使用户定位输入元件以控制车载信息娱乐系统的音频音量，用户必须将视线离开道路、在视觉上定位输入元件，和/或沿着车辆内部移动其手以便感觉输入元件。类似地，当输入元件显示在触摸屏上时，用户必须将其目光转向触摸屏以便定位正确的输入元件。另外，当用户试图定位物理对象(例如，车辆内的门隔间或杯架)时，用户必须看向物理对象和/或使用其触觉以便定位对象。
上述方法的一个缺点是，当用户正在驾驶时，将视线离开道路以便与输入元件或另一类型的物理对象交互可以转移驾驶员的注意力。举例来说，管理车载电子装置和/或去够到车辆内的物理对象可能显著增加驾驶员的认知工作负荷，并且可能需要驾驶员在驾驶时将视线离开道路。
如前所述，用于使得驾驶员能够更有效地与车辆内的对象交互的技术将是有用的。
发明内容
本公开的实施方案阐述了一种用于经由触觉感觉将用户引导到目标的方法。所述方法包括：确定手靠近目标；以及响应于确定手靠近目标，将控制信号发射到一个或多个触觉输出装置，其中所述一个或多个触觉输出装置在手、手指、手腕、手臂、脚或其它身体部位上生成触觉感觉。
其它实施方案尤其提供了一种被配置成实现上述技术的系统和非暂时性计算机可读存储介质。
本文描述的技术的至少一个优点是可以将手引向目标而无需用户看向目标。因此，用户能够调整输入元件并且定位车辆内的物理对象，而无需将其目光从道路转移。此外，触觉感觉可以实施为用于与用户通信的替代手段，从而防止用户被额外信息淹没。结果，本文描述的技术通过使得驾驶员能够更容易地定位车辆内的一个或多个目标来减小驾驶员的认知负荷。
附图说明
为使得可以详细地理解上述一个或多个实施方案的所述特征的方式，可能已通过参考某些特定实施方案对上文简要概述的一个或多个实施方案进行了更具体的描述，其中一些实施方案在附图中说明。然而，应注意，附图仅说明了典型的实施方案，并且因此不应被视为以任何方式限制其范围，因为各种实施方案的范围也涵盖其它实施方案。
图1说明了根据各种实施方案的被配置成实施各种实施方案的一个或多个方面的计算装置的概念框图；
图2说明了根据各种实施方案的用于经由触觉感觉将手引向输入元件的技术；
图3说明了根据各种实施方案的用于经由触觉感觉将手引向物理对象的技术；
图4说明了根据各种实施方案的用于经由刻痕触觉感觉引导手朝向输入元件的技术；
图5A至5C说明了根据各种实施方案的用于生成触觉感觉的触觉输出装置的不同布置；
图6说明了根据各种实施方案的用于将手引向触摸屏上的输入元件的触觉输出装置的各种配置；以及
图7说明了根据各种实施方案的用于经由触觉输出提供到目标的引导的方法步骤的流程图。
具体实施方式
图1说明了根据各种实施方案的被配置成实施本发明的一个或多个方面的计算装置100的概念框图。如图所示，计算装置100包括但不限于处理单元110、输入/输出(I/O)装置120和存储器装置130。存储器装置130包括被配置成与数据库134交互的空间引导应用程序132。
处理单元110可以包括中央处理单元(CPU)、数字信号处理单元(DSP)、传感器处理单元、控制器单元等。在各种实施方案中，处理单元110被配置成分析由一个或多个传感器获取的传感器数据，以确定用户身体的各个部位(包括手、手指、手腕、手臂、脚，等)的位置和/或定向，和/或确定目标的位置和/或定向。在各种实施方案中，目标可以包括但不限于周围环境内的物理对象、人机界面(HMI)的输入装置、触摸屏显示器的输入元件、增强现实(AR)对象、声音对象，等。在一些实施方案中，处理单元110还被配置成确定目标相对于手的位置和/或定向的位置和/或定向。举例来说但不限于，处理单元110可以执行空间引导应用程序132以分析传感器数据、确定目标具有特定的定向和位置，并且将与手相关联的一个或多个参数(包括手的位置和/或定向)存储在数据库134中。另外，处理单元110可以在手和/或目标的位置和/或定向改变时处理传感器数据。
I/O装置120可以包括输入装置、输出装置和能够接收输入和提供输出的装置。举例来说但不限于，I/O装置120可以包括一个或多个传感器，例如RGB成像器、图案化或无图案IR成像器、结构光相机、飞行时间相机、基于雷达的传感器、基于微波的传感器、电容传感器、基于超声的传感器和/或
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传感器。另外，I/O装置120可以包括一个或多个触觉输出装置，例如超声换能器和空气输出装置(例如，空气涡流生成器、气动装置、气囊等)。I/O装置120还可以包括有线和/或无线通信装置，所述有线和/或无线通信装置将数据发送到传感器、触觉输出装置、车辆控制单元等和/或从其接收数据。
存储器单元130可以包括存储器模块或存储器模块的集合。存储器单元130包括空间引导应用程序132和数据库134。空间引导应用程序132可以访问和/或执行I/O装置120、处理单元110和数据库134的一个或多个元件，由此实施计算装置100的一些或所有功能。
数据库134可以存储数字信号处理算法、对象识别数据、输入数据、用户偏好数据和其它上下文参数，例如应打开/关闭触觉输出装置的条件。另外，数据库134可以存储用户偏好，例如应实施特定触觉感觉以向用户提供引导的当日时间、车辆内应生成触觉感觉以向用户提供引导的一个或多个位置，和/或用户与车辆内的特定目标交互的时间和/或频率。
计算装置100整体可以是微处理器、专用集成电路(ASIC)、片上系统(SoC)、信息娱乐系统、移动计算装置(例如，平板计算机或蜂窝电话)、可穿戴装置(例如，智能手表或头戴式显示器)、VR/AR装置(例如，视频护目镜)、即插即用系统等。通常，计算装置100可以被配置成协调一个或多个触觉输出装置的整体操作，例如超声换能器阵列、空气涡流生成器等。在其它实施方案中，计算装置100可以耦合到但分离于一个或多个触觉输出装置。在此种实施方案中，触觉输出装置可以包括专用处理器，所述专用处理器从计算装置100接收数据(例如，手和目标的位置和/或定向)，并且将数据(例如，触觉输出事件数据)发射到计算装置100。专用处理器可以包括在车载信息娱乐系统中，和/或可以由用户物理地带入环境中并且物理地或无线地连接到计算装置100。举例来说，专用处理器可以包括在用户的消费电子装置，例如智能电话、个人计算机、可穿戴装置等。
本文公开的各种实施方案被描述为在车辆环境中实施。通常，车辆可以包括任何类型的运输装置，包括但不限于汽车、卡车、摩托车、船、潜水艇、个人船只、雪地机动车、飞机、航天器等。然而，本文公开的实施方案设想被配置成在任何类型的环境中实施触觉输出装置的功能的任何技术上可行的系统。举例来说但不限于，本文描述的技术可以用远程车辆控制系统实施，例如控制汽车或无人机的系统。
另外，尽管各种技术被描述为对用户的手执行，但本文公开的任何技术可用于在用户的任何部位上生成触觉输出，包括用户的手、手臂、脚、脚踝、手指、指尖等等。此外，尽管某些技术被描述为由某些类型的触觉输出装置(例如，超声换能器)执行，但本文公开的每种技术可以实施任何类型的触觉输出装置以在用户身上生成触觉感觉。明确地说，可以在本文公开的任何实施方案中实施在不与用户进行直接物理接触的情况下在用户身上生成触觉感觉的触觉输出装置。
如上所述，常规方法可能需要用户将其注意力引导到在视觉上定位目标。结果，可能需要用户花费额外的认知资源以便与车辆的某些方面进行交互。此外，如果用户想要在不看向目标的情况下确定特定目标的位置和/或身份，则常规方法通常需要用户与目标进行物理接触，例如通过触摸目标。因此，用户可能需要花费认知资源来试图辨别其正在触摸什么和/或可能意外地修改目标，例如，通过意外地修改由用户正在触摸的输入元件控制的参数。
本文描述的各种实施方案克服了用于通过生成指示目标的位置和/或到目标的方向的触觉感觉来定位目标的常规方法的这些和其它缺陷。在操作中，一个或多个传感器任选地确定手是否在交互区域中。接着，空间引导应用程序132使触觉输出装置在手上生成触觉感觉，所述触觉感觉指示目标的位置和/或手应移动以到达目标的方向。空间引导应用程序132可以进一步基于手的位置和/或定向来调整触觉输出的方向性和/或强度。举例来说，如果手移近目标，则空间引导应用程序132可以增大由触觉输出装置生成的触觉感觉的强度，以便向用户指示手越来越接近目标。下面结合图2至4、5A至5C、6和7更详细地描述此种技术的示例。
图2说明了根据各种实施方案的用于经由触觉感觉将手引向输入元件230的技术。如图所示，系统环境200包括一个或多个传感器210、触觉输出装置220和输入元件230。尽管各种实施方案被描述为在用户的手上生成触觉感觉，但在本文描述的任何实施方案中，触觉感觉可以在用户身体的任何部位上生成。
在各种实施方案中，实施一个或多个传感器210以监视输入元件230周围的区域。接着，当经由传感器210检测到手的存在时，空间引导应用程序132激活一个或多个触觉输出装置220，以在手上生成触觉输出250。举例来说，空间引导应用程序132可以从一个或多个传感器210接收数据，并且接着基于所述数据确定手存在于与特定目标相关联的交互区域中。在各种实施方案中，交互区域可以被限定为距传感器210或输入元件230特定距离和/或围绕传感器210或输入元件230的特定区域或空间体积。此外，空间引导应用程序132可以从一个或多个传感器210接收数据，并且接着基于所述数据检测与手相关联的各种参数(例 如，位置、定向、倾斜等)，以确定手正在靠近输入元件230。
在各种实施方案中，一种或多种类型的传感器可以彼此结合使用。举例来说，红外传感器可以用于检测手的存在。接着，一旦检测到手，就可以使用具有更高功率要求的更精确的传感器(例如，基于雷达的传感器)来检测手的特定位置和/或定向，以使得空间引导应用程序132能够有效地引导手朝向目标。通过使用这种两阶段方法，可以减小功率要求，同时仍然向空间引导应用程序132提供关于手的位置和/或定向的精确信息。
通常，目标可以指用户与之交互的任何元件、对象、位置等。举例来说，目标可以包括输入元件(例如，屏幕上的旋钮或按钮)、增强现实(AR)对象(例如，由头戴式AR显示器生成的AR对象)、声音对象或物理对象(例如，车辆乘坐室或杯架)。举例来说，目标可以包括对应于在三维空间(例如，车辆乘坐室)内生成的特定声音事件(例如，警报、电话呼叫、语音等)的声音对象，并且可以生成触觉感觉以向驾驶员指示声音对象在三维空间内的特定位置。因此，当其手靠近空间声音对象时，用户将能够接收触觉反馈，从而使得用户能够更有效地与声音对象交互(例如，通过手势)。
在一些实施方案中，空间引导应用程序132可以使触觉输出装置220生成靠近一个或多个预定目标的触觉输出，例如由车辆制造商限定的一个或多个输入元件230和/或物理对象。因此，与此种预定目标相关联的数据，例如目标的位置、将在每个目标附近生成的触觉输出的类型等，可以存储在数据库134中。此外，在一些实施方案中，空间引导应用程序132可以通过分析从一个或多个传感器210接收的数据来确定应将输入元件或物理对象指定为目标。举例来说，空间引导应用程序132可以确定用户在给定时间段内(例如，以特定频率)已经与输入元件230或对象交互阈值次数，并且作为响应，将输入元件230或对象指定为目标。接着，空间引导应用程序132可以使一个或多个触觉输出装置220生成靠近目标的触觉输出，从而使得用户能够在将来更容易地定位目标。
在各种实施方案中，I/O装置120可以包括系统环境200中的各种类型的触觉输出装置，例如触觉输出装置220。如本文所述，触觉输出装置220可以包括超声换能器、空气输出装置，和/或其它类型的触觉输出装置。在一些实施方案中，一个或多个超声换能器阵列可以用于在用户的手上生成触觉感觉。空间引导应用程序132可以确定由触觉输出装置220生成的触觉输出250的一个或多个参数，以便控制在用户的手上生成的触觉感觉的各种特性。举例来说，空间引导应用程序132可以确定触觉输出装置220应在其上生成触觉感觉的手的强度和/或部位。接着，空间引导应用程序132可以控制发射到触觉输出装置220的信号的类型，以便在用户的手上生成所述类型的触觉感觉。
举例来说，由两个或更多个触觉输出装置生成的触觉输出可以在特定时间占据空间中的特定位置，从而使得每个触觉输出装置的触觉输出能够与一个或多个其它触觉输出装置的触觉输出相长和/或相消地干涉。接着，由不同触觉输出装置生成的触觉输出之间的相长和/或相消干涉可以在触觉输出相长干涉的位置处产生触觉感觉。因此，在各种实施方案中，空间引导应用程序132可以使来自触觉输出装置的触觉输出干涉一个或多个其它触觉输出装置的触觉输出，以便生成作为特定位置的触觉感觉。
此外，在各种实施方案中，空间引导应用程序132可以修改由每个触觉输出装置生成的触觉输出的强度和/或相位，以便进一步控制由触觉输出生成的强度模式。使用此种技术，空间引导应用程序132可以使强度峰值的位置移位，可以增大或减少强度峰值的数量，和/或可以调整一个或多个强度峰值的形状和/或量值。结果，空间引导应用程序132可以定位和/或修改在用户的手上生成的触觉感觉的各种特性。举例来说，空间引导应用程序132可以使用此种技术来改变在用户的手上生成的触觉感觉的强度、大小、位置和/或形状。
另外，空气输出装置(例如，空气涡流生成器)可以用于在用户的手上生成触觉感觉。在各种实施方案中，空间引导应用程序132可以使用包括空气输出装置的触觉输出装置220来实施本文描述的任何技术。
在各种实施方案中，基于传感器数据和/或用户偏好数据，空间引导应用程序132确定要生成的触觉感觉的适当类型。在一些实施方案中，触觉输出250可以由一个或多个触觉输出装置以灯标和/或刻痕形式生成。在此种实施方案中，触觉输出装置可以与目标(例 如，输入元件或位置)基本上共同定位，以使得用户感觉触觉输出是从目标的位置发出的。当触觉输出装置220以灯标的形式生成触觉输出250时，在用户身上(例如，在用户的手上)生成触觉感觉以使得用户能够将其手移向感觉，并且因此移向特定目标。类似地，当在用户身体的另一部位上生成感觉时，用户可以将其身体和/或肢体朝向所述感觉移动，由此在朝向目标的方向上移动。
在一些实施方案中，灯标可以被感知为实心或管状。管状灯标可以包括生成触觉输出的圆柱形区域、柱状区域等，其中所述区域围封内部区域，在所述内部区域中用户感知不到触觉感觉。灯标形式的触觉输出可以具有变化的横截面大小。小的触觉感觉，例如毫米大小的灯标，直径可以是大约1至20毫米，而大的触觉感觉，例如厘米大小的灯标，直径可以是大约2至10厘米。
在一些实施方案中，触觉输出250可以按触觉刻痕的形式生成，所述触觉刻痕限定一个或多个边界，手应沿着所述边界行进以到达特定目标。在此种实施方案中，触觉输出装置可以位于目标的一侧或多侧上，使得用户在通向目标的路径之外的位置处感知触觉感觉。举例来说，在此种实施方案中，可以在通向目标的路径周围或沿着路径生成触觉感觉。可以在目标的交互区域附近生成刻痕。当生成触觉刻痕时，如果手偏离朝向目标的路径，则用户可能在其手上感觉到触觉感觉。举例来说，触觉刻痕可以警告用户，如果用户继续在给定方向上移动其手，则手将错过特定目标和/或将移出与目标相关联的交互区域。
在一些实施方案中，触觉输出250可以按触觉屏障的形式生成，所述触觉屏障引导用户的手离开特定位置。举例来说，触觉屏障可以警告用户其手正在进入应避开的车辆区域和/或其手将要与不应使用的输入元件交互(例如，已撤销激活的输入元件)。
另外，半方向性触觉输出可以与空间引导应用程序132一起使用。举例来说，半方向性触觉输出装置可以沿着一个或多个不同角度生成触觉输出，例如相对于车辆的特定表面成90度的角度。因此，半方向性触觉输出装置可以沿着用户在朝向目标移动时可能遍历的各种不同靠近路径生成触觉输出。
如图2所示，触觉输出装置220在用户的手上生成触觉感觉。如上所述，空间引导应用程序132可以确定由触觉输出装置220生成的输出的各种属性，例如输出的强度、生成感觉的手的部分，和/或触觉感觉具有恒定还是可变的位置、强度、宽度等。当触觉输出装置220生成具有恒定强度的触觉感觉时，当手在目标的特定范围内时，用户感知的触觉感觉的强度基本相同。举例来说，空间引导应用程序132可以改变触觉输出的强度，以便确保当用户将其手朝向或远离目标移动时触觉感觉的强度是恒定的。触觉输出装置220还可以生成具有可变强度的触觉感觉，其中触觉感觉的强度随着一个或多个参数(例如，位置和时间)而变化。
空间引导应用程序132可以使目标与一个或多个上下文参数相关联。上下文参数可以包括时间、车辆的方向(例如，罗盘航向)、车辆的位置、照射到车辆中的阳光量等。举例来说，空间引导应用程序132可以在一天中的特定时间、当车辆处于特定位置时和/或当车辆面向特定方向(例如朝向夕阳)指定车辆乘坐室(例如，含有一副太阳镜的乘坐室)或其它类型的对象或输入元件作为目标。另外或替代地，当一定量的太阳光进入车辆时，空间引导应用程序132可以将对象或输入元件指定为目标。接着，空间引导应用程序132可以使一个或多个触觉输出装置220生成靠近所述对象或输入元件的触觉感觉，从而使得用户能够更准确地定位对象或输入元件。
空间引导应用程序132还可以通过分析从传感器210接收的传感器数据、使目标与一个或多个驾驶员相关联。举例来说，第一驾驶员可能经常使用位于特定车辆乘坐室中的车库门打开器以在车辆进入车道时打开车库门，而第二驾驶员可能改为停放在车道中而不打开车库门。因此，当车辆位置靠近车道时，空间引导应用程序132可以确定车辆乘坐室是第一驾驶员的目标，而不是第二驾驶员的目标。结果，空间引导应用程序132可以为第一驾驶员而不是第二驾驶员生成靠近车辆乘坐室的触觉输出。
图3说明了根据各种实施方案的用于经由触觉感觉将手引向物理位置的技术。如图所示，系统环境300包括传感器310、触觉输出装置320和对象330。
在各种实施方案中，传感器310检测对象330的交互区域内的手。空间引导应用程序132可以确定手的各种参数，例如位置、定向和/或距对象330的距离。在一些实施方案中，接着，空间引导应用程序132可以确定适当类型的触觉输出350以指向手。接着，空间引导应用程序132将控制信号发射到触觉输出装置320以生成触觉输出350。
在一些实施方案中，触觉输出装置320可以位于对象330的周围。举例来说，如图3所示，触觉输出350可以按直径与对象330的直径类似的灯标的形式生成。结果，用户感知到具有与对象330的横截面大小类似的横截面的触觉感觉。用户可以感知到对象330已经垂直地延伸到其手。在此种实施方案中，用户可能能够感测对象330的近似大小和/或形状，以便在手靠近对象330时避免敲击对象330。
当用户相对于对象330移动其手时，可以实施一个或多个传感器310以检测手的一个或多个参数，例如手的位置和/或定向。接着，空间引导应用程序132可以基于手的参数来修改触觉输出350的一个或多个参数。用于在用户的手的位置改变时调整触觉输出350的一个或多个参数的此种技术可以使得空间引导应用程序132能够经由触觉感觉更有效地引导用户的手朝向对象330。
在一些实施方案中，空间引导应用程序132可以确定对象330的各种参数，例如对象330的位置和/或定向。举例来说，当对象330是一杯热咖啡时，空间引导应用程序132可以使用触觉感觉来辅助用户定位和定向其手，以便确保用户可以抓住咖啡杯而不会溢出。另外，在系统环境300中，触觉输出350可以包括被用户感知为空心的管状灯标。举例来说，触觉输出装置320可以生成在手上产生感觉的触觉输出350，其中触觉输出350描绘对象330的轮廓，并且围封触觉输出装置320不生成触觉输出的区域。
图4说明了根据各种实施方案的用于经由刻痕触觉感觉引导手朝向输入元件430的技术。如图所示，系统环境400包含传感器410、触觉输出装置420、输入元件430和触觉输出450。
在各种实施方案中，传感器410可以被实施为检测靠近输入元件430的手。接着，空间引导应用程序132可以分析从传感器410接收的数据以确定手的一个或多个参数。举例来说，空间引导应用程序132可以确定手相对于输入元件430和/或触觉输出装置420的位置和/或定向。空间引导应用程序132接着将控制信号发射到触觉输出装置420以便在手上生成触觉感觉。
如图4所示，触觉输出装置420以触觉刻痕的形式生成触觉输出450。在一些实施方案中，可以实施超声换能器阵列、空气输出装置和/或其它类型的触觉输出装置以生成触觉刻痕。如上所述，刻痕是一种触觉输出，其可以限定边界，用户应沿着所述边界移动其手以定位目标。在一些实施方案中，触觉输出450可以形成触觉限界框(或任何其它形状)，其限定将用户的手引向目标的路径的一个或多个边界。举例来说，在系统环境400中，触觉输出装置420可以在输入元件430上方和下方生成触觉输出450，以便限定路径的两个边界，用户可以沿着所述路径移动其手以便定位输入元件430。
另外，触觉输出装置420可以按触觉屏障的形式生成触觉输出，以便将用户引导离开位置。举例来说，触觉屏障可以用于向用户指示其应避开已经撤销激活的输入元件。在操作中，当用户进入应避开的车辆区域时，触觉输出装置220输出触觉屏障以在用户身上生成触觉感觉。在此种实施方案中，触觉屏障可以使用户感知屏障妨碍其与目标交互的能力。举例来说，在系统环境400中，如果空间引导应用程序132确定用户应避开输入元件430(例如，输入元件430被撤销激活)，则当手靠近输入元件430时，触觉输出装置420可以按触觉屏障的形式并且在使用户感觉到触觉感觉的方向上生成触觉输出450。
在一些实施方案中，当空间引导应用程序132确定用户正试图与特定区域中的若干目标交互时，空间引导应用程序132可以将控制信号发送到触觉输出装置420以生成刻痕形式的触觉输出450。在此种实施方案中，触觉输出装置420可以生成围封特定横截面大小的区域的触觉限界框。举例来说，如果空间引导应用程序132将用户引向含有若干输入元件的车辆区域，则空间引导应用程序132可以确定由触觉限界框围封的横截面区域的大小应与由输入元件跨越的区域的大小类似。在一些实施方案中，多个空气输出装置(例如，空气涡流生成器)可以输出空气以形成具有特定横截面大小的触觉限界框。举例来说，每个空气输出装置可以将空气涡流发出到多个区域，例如通过实施平移-倾斜致动以在不同方向上发出空气涡流。
图5A至5C说明了根据各种实施方案的用于生成触觉感觉的触觉输出装置的不同布置。如图所示，系统环境500含有输入元件510和触觉输出装置520。
在各种实施方案中，一个或多个传感器可以检测输入元件510的交互区域内的手。空间引导应用程序132可以确定手的各种参数，例如手的位置、定向和距输入元件510的距离。在一些实施方案中，空间引导应用程序132可以确定要在手上生成的触觉输出的适当类型。接着，空间引导应用程序132将控制信号发送到触觉输出装置520，以在用户身上(例如，用户的手上)生成感觉。
如图5A中所示，触觉输出装置520可以布置成靠近输入元件510的阵列。举例来说，触觉输出装置520可以按5乘2阵列布置。在各种实施方案中，可以实施其它尺寸和/或形状的阵列。举例来说，超声换能器阵列可以按4乘4阵列、8乘8阵列、16乘16阵列等布置。此外，尽管触觉输出装置520被说明为相对于输入元件510处于特定位置，但在其它实施方案中，触觉输出装置520可以位于靠近输入元件510的任何位置。
在图5B中，触觉输出装置520围绕输入元件510的圆周布置。尽管图5B中所示的实施方案实施触觉输出装置520的圆形配置，但可以在各种实施方案中实施任何其它形状(例 如，椭圆形、矩形、多边形、自由形状等)。此外，可以实施触觉输出装置520的任何布置以生成具有任何形状的触觉感觉，包括但不限于具有椭圆形、矩形、多边形和自由形状的触觉感觉。
在图5C中，触觉输出装置520偶尔围绕输入元件510布置。举例来说，触觉输出装置520可以机会性地位于输入元件510周围，以便在靠近输入元件510的一个或多个位置处生成特定类型的触觉输出。在一些实施方案中，触觉输出装置520可以位于具有可用空间的车辆的各个区域中(例如，在车辆的没有输入元件、对象或其它障碍物的表面上，例如显示器)。接着，给定靠近输入元件510的触觉输出装置520的特定布置，空间引导应用程序132可以确定应从触觉输出装置520中的每一者发出的触觉输出的强度，以便在用户身上生成特定的触觉感觉。
图6说明了根据各种实施方案的用于将手引向触摸屏上的输入元件650的触觉输出装置620的各种配置。如图所示，系统环境600包括传感器610、触觉输出装置620和在触摸屏640上的输入元件650。
在各种实施方案中，一个或多个传感器610可以任选地检测触摸屏640的交互区域内的手。在一些实施方案中，交互区域可以被限定为具有与触摸屏640的周边基本对准的边界的体积，其中所述体积从触摸屏640的表面延伸指定距离(例如，1至10厘米)。此外，在此种实施方案中，仅在空间引导应用程序132确定用户的手在触摸屏的周边内并且还在距触摸屏640的表面的指定距离内时，才可以由触觉输出装置620中的一者或多者生成触觉输出。在一些实施方案中，交互区域可以被限定为边界与特定输入元件(例如，触摸屏按钮)的周边基本对准的体积，其中所述体积从触摸屏640的表面延伸指定距离。
如系统环境600中所示，触觉输出装置620可以位于触摸屏640的圆周周围。然而，触觉输出装置620的其它布置在本发明构思内。如系统环境600中所示，触觉输出装置620可以包括一个或多个超声换能器阵列。然而，可以在各种实施方案中实施任何其它类型的触觉输出装置，例如一个或多个空气输出装置。
在各种实施方案中，空间引导应用程序132可以接收一个或多个特定输入元件650的位置。举例来说，空间引导应用程序132可以从一个或多个控制单元(例如，车载信息娱乐系统)接收输入元件650的位置，并且接着确定应生成的触觉输出的一个或多个参数(例如，触觉输出的位置和/或方向性)，以便将用户的手引导到触摸屏640上的输入元件650。此外，如果用户选择特定输入元件650，则触摸屏640上的一个或多个输入元件650的位置可以改变。因此，空间引导应用程序132接着可以接收新位置并且将控制信号输出到一个或多个触觉输出装置620以生成靠近新位置的触觉感觉，以便引导用户的手朝向输入元件650的新位置。另外，在一些实施方案中，如果触摸屏640上的输入元件被禁用，则空间引导应用程序132可以接收被禁用的输入元件的位置。接着，当用户的手靠近被禁用的输入元件时，空间引导应用程序132可以生成触觉屏障。
在各种实施方案中，空间引导应用程序132可以从一个或多个控制单元接收增强现实(AR)对象(例如，由头戴式装置显示的AR对象)的位置。当空间引导应用程序132接收增强现实(AR)对象的位置时，空间引导应用程序132可以经由触觉输出装置620在用户的手上生成触觉感觉，以便将用户的手引导到手可以与AR对象交互的位置，例如三维环境(例如，车辆乘坐室)内的特定位置。
另外，当用户与空间声音对象(例如，上述声音对象)交互时，空间引导应用程序132可以接收一个或多个声音对象的新位置。接着，空间引导应用程序132可以使一个或多个触觉输出装置生成触觉感觉，所述触觉感觉将用户的手指向新位置。举例来说，空间引导应用程序132可以生成触觉限界框，所述触觉限界框围封具有与特定声音对象的横截面区域类似的大小的横截面区域。
图7说明了根据各种实施方案的用于经由触觉输出提供到目标的引导的方法步骤的流程图。尽管结合图1至4、5A至5C和6的系统描述了所述方法步骤，但本领域技术人员将理解，被配置成以任何次序执行方法步骤的任何系统都属于本发明的范围内。
如图7所示，方法700开始于步骤710，其中空间引导应用程序132确定目标(例如输入元件或对象)的位置。在一些实施方案中，在步骤710，空间引导应用程序132还可以确定目标的其它参数(例如，目标的定向和/或大小)。接着，在步骤720，空间引导应用程序132分析从一个或多个传感器接收的传感器数据，以确定与用户相关联的一个或多个参数。举例来说，空间引导应用程序132可以分析传感器数据以确定用户的手的位置和/或定向。
在一些实施方案中，在步骤710，空间引导应用程序132可以通过从车辆中所包括的一个或多个控制单元接收位置来确定目标的位置。空间引导应用程序132还可以从控制单元接收目标的大小和/或定向。此外，如上所述，空间引导应用程序132可以通过分析传感器数据来确定目标的位置，并且基于传感器数据，确定用户的手经常访问车辆中的特定输入元件或对象。空间引导应用程序132可以进一步分析传感器数据以确定目标的一个或多个参数，例如目标的大小。另外，空间引导应用程序132可以基于当日时间、车辆的位置、车辆的定向等来确定目标的位置。
接下来，在步骤730，空间引导应用程序132基于传感器数据确定用户的手是否靠近目标，例如，手是否在目标的交互区域内。举例来说，位于车辆仪表板上的目标的交互区域可以包括车辆仪表板上方和前方的体积，而对应于存储隔间的目标的交互区域可以包括隔间中的体积。
如果在步骤730，空间引导应用程序132确定用户的手不靠近目标，则方法700返回到步骤720，其中空间引导应用程序132继续分析传感器数据。然而，如果空间引导应用程序132确定用户的手靠近目标，则方法700继续进行到步骤740，其中空间引导应用程序132在用户的手上生成触觉感觉，例如，通过将信号输出到一个或多个触觉输出装置。在各种实施方案中，触觉输出装置在用户身上生成触觉感觉，而不与用户进行任何类型的直接物理接触。
接下来，在步骤750，空间引导应用程序132确定目标是否已经改变。如果在步骤750，空间引导应用程序132确定目标改变，则方法700返回到步骤710，其中空间引导应用程序132确定目标的新位置。另一方面，如果目标没有改变，则方法700返回到步骤720，其中空间引导应用程序132继续分析传感器数据。
总之，空间引导应用程序任选地经由一个或多个传感器检测手靠近目标，例如输入元件、物理位置或对象。接着，空间引导应用程序任选地确定生成触觉感觉的位置。接下来，空间引导应用程序将控制信号输出到触觉输出装置，以便使触觉输出装置生成触觉感觉，所述触觉感觉引导用户的手朝向特定目标。
本文描述的技术的至少一个优点是可以将手引向目标而无需用户看向目标。因此，用户能够调整输入元件并且定位车辆内的物理对象，而无需将其目光从道路转移。此外，触觉感觉可以实施为用于与用户通信的替代手段，从而防止用户被额外信息淹没。结果，本文描述的技术通过使得驾驶员能够更容易地在车辆内定位一个或多个目标来减少驾驶员的认知工作负荷。
已经出于说明的目的呈现了各种实施方案的描述，但其并不旨在为穷尽性的或限于所公开的实施方案。在不脱离所描述的实施方案的范围和精神的情况下，许多修改和变化对于本领域普通技术人员来说是显而易见的。
本发明实施方案的各方面可以体现为系统、方法或计算机程序产品。因此，本公开的各方面可以采取完全硬件实施方案、完全软件实施方案(包括固件、常驻软件、微码等)或者组合软件与硬件方面的实施方案(其通常可以全部被称为“电路”、“模块”或“系统”)的形式。此外，本公开的各方面可以采取体现在一个或多个计算机可读介质中的计算机程序产品的形式，所述计算机可读介质具有体现在其上的计算机可读程序代码。
可以利用一个或多个计算机可读介质的任何组合。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或计算机可读存储介质。计算机可读存储介质可以是例如但不限于电子、磁、光、电磁、红外或半导体系统、设备或装置，或者前述各者的任何合适组合。计算机可读存储介质的更具体示例(非详尽列表)将包括以下内容：具有一条或多条电线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式光盘只读存储器(CD-ROM)、光学存储装置、磁存储装置或前述各者的任何合适组合。在本文件的上下文中，计算机可读存储介质可以是任何有形介质，其可以含有或存储由指令执行系统、设备或装置使用或与其结合使用的程序。
以上参考根据本公开的实施方案的方法、设备(系统)和计算机程序产品的流程图和/或框图描述了本公开的各方面。应理解，流程图和/或框图的每个框以及流程图和/或框图中的框的组合可以由计算机程序指令实施。这些计算机程序指令可以被提供给通用计算机、专用计算机或其它可编程数据处理装置的处理器以产生机器，使得指令经由计算机的处理器或其它可编程数据处理设备执行，使得能够实施流程图和/或框图的框中指定的功能/动作。这些处理器可以是但不限于通用处理器、特殊用途处理器、专用处理器或现场可编程处理器或门阵列。
附图中的流程图和框图说明了根据本公开的各种实施方案的系统、方法和计算机程序产品的可能实施方式的架构、功能和操作。在这方面，流程图或框图中的每个框可以表示代码的模块、片段或部分，其包括用于实施指定的逻辑功能的一个或多个可执行指令。还应注意，在一些替代实施方式中，框中提到的功能可以不按图中所示的次序发生。举例来说，连续示出的两个框实际上可以基本上同时执行，或所述框有时可以按相反的次序执行，这取决于所涉及的功能。还应注意，框图和/或流程图中的每个框以及框图和/或流程图中的框的组合可以由执行特定功能或动作的基于专用硬件的系统或专用硬件与计算机指令的组合来实施。
尽管前述内容是针对本公开的实施方案，但可以在不脱离本公开的基本范围的情况下设计本公开的其它和进一步的实施方案，并且本公开的范围由所附权利要求确定。

Claims (20)

1.一种用于经由触觉输出来提供到目标位置的引导的系统，所述系统包括：
一个或多个触觉输出装置，所述触觉输出装置被配置成响应于一个或多个控制信号而生成触觉输出；以及
处理器，所述处理器被配置成：
经由第一传感器确定手靠近所述目标位置；以及
响应于经由第一传感器确定所述手靠近所述目标位置，经由第二传感器检测所述手的当前位置并且将所述一个或多个控制信号发射到所述一个或多个触觉输出装置，其中所述一个或多个触觉输出装置在所述手上生成所述触觉输出以将所述手从所述手的当前位置引导到所述目标位置。
2.如权利要求1所述的系统，所述系统还包括被配置成获取传感器数据的一个或多个传感器，其中所述处理器被配置成基于所述传感器数据确定所述手靠近所述目标位置。
3.如权利要求1所述的系统，其中所述一个或多个触觉输出装置包括超声换能器阵列和空气输出装置中的至少一者。
4.如权利要求1所述的系统，其中所述一个或多个触觉输出装置与所述目标位置基本上共同定位，并且所述触觉输出限定朝向所述目标位置的路径。
5.如权利要求4所述的系统，其中所述一个或多个触觉输出装置沿着所述目标位置的周边定位。
6.如权利要求1所述的系统，其中所述一个或多个触觉输出装置被配置成在通向所述目标位置的路径之外的一个或多个区域中生成所述触觉输出，并且所述一个或多个区域限定所述路径的一个或多个边界。
7.如权利要求1所述的系统，其中目标包括车辆中所包括的输入元件。
8.如权利要求1所述的系统，其中目标包括触摸屏元件。
9.如权利要求8所述的系统，其中生成所述触觉输出包括：经由所述一个或多个触觉输出装置中所包括的第一触觉输出装置来生成第一触觉输出，以及经由所述一个或多个触觉输出装置中所包括的第二触觉输出装置来生成第二触觉输出，其中所述第一触觉输出与靠近所述触摸屏元件的所述第二触觉输出相长干涉。
10.如权利要求1所述的系统，其中所述处理器还被配置成：
确定所述手不再靠近所述目标位置；以及
响应于确定所述手不再靠近所述目标位置，终止所述一个或多个控制信号到所述一个或多个触觉输出装置的发射。
11.如权利要求10所述的系统，其中所述处理器还被配置成：
确定所述手靠近第二目标位置；以及
响应于确定所述手靠近所述第二目标位置，将第二控制信号发射到第二组一个或多个触觉输出装置，其中所述第二组一个或多个触觉输出装置基于所述第二控制信号而在所述手上生成第二触觉输出。
12.如权利要求1所述的系统，其中所述目标包括车辆乘坐室。
13.一种用于经由触觉输出来提供到目标位置的引导的方法，所述方法包括：
经由第一传感器确定手靠近目标位置；
经由第二传感器检测所述手的当前位置；以及
将一个或多个控制信号发射到一个或多个触觉输出装置，其中所述一个或多个触觉输出装置基于所述一个或多个控制信号而在所述手上生成所述触觉输出以用于将所述手从所述手的当前位置引导到所述目标位置。
14.如权利要求13所述的方法，其中确定所述手靠近所述目标位置是基于经由一个或多个传感器获取的传感器数据而执行。
15.如权利要求13所述的方法，其中目标包括车辆输入元件和车辆乘坐室中的至少一者。
16.如权利要求13所述的方法，其中所述一个或多个触觉输出装置与所述目标位置基本上共同定位，并且所述触觉输出限定朝向所述目标位置的路径。
17.如权利要求13所述的方法，其中所述一个或多个触觉输出装置包括超声换能器阵列和空气涡流装置中的至少一者。
18.如权利要求13所述的方法，其中所述一个或多个触觉输出装置在通向所述目标位置的路径之外的一个或多个区域中生成所述触觉输出，并且所述一个或多个区域限定所述路径的一个或多个边界。
19.如权利要求13所述的方法，其中所述目标包括触摸屏元件，并且所述一个或多个触觉输出装置通过以下操作生成所述触觉输出：
经由所述一个或多个触觉输出装置中所包括的第一触觉输出装置来生成第一触觉输出；以及
经由所述一个或多个触觉输出装置中所包括的第二触觉输出装置来生成第二触觉输出，其中所述第一触觉输出与靠近所述触摸屏元件的所述第二触觉输出相长干涉。
20.一种非暂时性计算机可读存储介质，所述非暂时性计算机可读存储介质包括指令，所述指令在由处理器执行时将所述处理器配置成通过执行以下步骤而经由触觉输出提供到目标位置的引导：
经由第一传感器确定手靠近车辆输入元件；
经由第二传感器检测所述手的当前位置；以及
将一个或多个控制信号发射到一个或多个触觉输出装置，其中所述一个或多个触觉输出装置基于所述一个或多个控制信号在所述手上生成所述触觉输出以用于将所述手从所述手的当前位置引导到所述目标位置。
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