CN111736704B - 触觉效果的设计方法及设备、计算机可读存储介质 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种触觉效果的设计方法及设备、计算机可读存储介质，该方法包括获取振动系统的加速度波形及信号采样率；根据加速度波形及信号采样率对加速度波形进行积分优化处理，以得到优化后的位移波形；根据优化后的位移波形计算得出均衡电压，以根据均衡电压进行触觉效果播放。通过上述方法，本发明能够去除加速度二次积分得到位移时产生的漂移问题，避免加速度波形之外时刻的振动系统的振动。

Description

触觉效果的设计方法及设备、计算机可读存储介质
技术领域
本发明涉及触觉反馈技术领域，特别是涉及一种触觉效果的设计方法及设备、计算机可读存储介质。
背景技术
触觉效果在目前的电子设备市场中，逐渐成为一种不可或缺的提升用户体验的评判标准。丰富惊艳的触觉效果，在实际应用中带来完美的用户体验。例如铃声振动、游戏振动、触觉反馈、信息提醒等应用场景日益增多，对于触觉效果的要求越来越高。均衡算法是目前触觉效果常用的设计方法，该方法可以通过振动系统的机电耦合特性，由期望的振动波形计算得到电压波形，将电压波形激励振动系统，即可得到响应的触觉效果。其中，触觉效果是人主观的感受，通常可以量化为振动系统的加速度，即振动系统以不同的加速度振动，可以产生不同的触觉效果。
现有技术中触觉效果的设计方法，主要通过定义加速度波形，直接利用加速度均衡算法，计算出来电压波形，实现触觉效果的设计。但是采用该方法，存在“波形之外不可控”的风险，即采用现有的设计方法不能保证定义加速度波形之外时刻的振动系统的振动。举例来说，定义加速度波形为100毫秒的正弦波，实际产生的振动加速度波形在100毫秒内确实为正弦波，但是100毫秒之后，振动系统依然在振动，加速度和位移并未归零，处于不可控状态。
发明内容
本发明主要是提供一种触觉效果的设计方法及设备、计算机可读存储介质，能够去除加速度二次积分得到位移时产生的漂移问题，避免加速度波形之外时刻的振动系统的振动。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种触觉效果一种触觉效果的设计方法，所述设计方法包括：获取振动系统的加速度波形及信号采样率；根据所述加速度波形及所述信号采样率对所述加速度波形进行积分优化处理，以得到优化后的位移波形；根据所述优化后的位移波形计算得出均衡电压，以根据所述均衡电压进行触觉效果播放。
其中，所述根据所述加速度波形及所述信号采样率对所述加速度波形进行积分优化处理以得到优化后位移波形包括：根据所述加速度波形及所述信号采样率分别获取转换矩阵以及和所述加速度波形对应的速度波形；将所述转换矩阵及所述速度波形进行多次积分优化处理，从而得到优化后的位移波形。
其中，所述将所述转换矩阵及所述速度波形进行多次积分优化处理，从而得到优化后的位移波形包括：将所述转换矩阵及所述速度波形进行第一次积分优化处理，以得到优化后的速度波形；对所述优化后的速度波形进行积分以得到位移波形；将所述位移波形及所述转换矩阵进行第二次积分优化处理，以得到所述优化后的位移波形。
其中，所述根据所述加速度波形及所述信号采样率分别获取转换矩阵以及和所述加速度波形对应的速度波形包括：根据所述加速度波形及所述信号采样率生成时间序列；根据所述时间序列生成所述转换矩阵。其中，所述时间序列的计算公式为：
T＝[0:N-1]/fs
其中，T为所述时间序列，N为所述加速度波形的数据长度，fs为所述信号采样率。
其中，所述根据所述加速度波形及所述信号采样率分别获取转换矩阵以及和所述加速度波形对应的速度波形包括：判断所述加速度波形是否为列数列；若判断为否，则将所述加速度波形转换为列数列；将转换为列数列后的所述加速度波形进行第一次积分，从而得到所述速度波形；若判断为是，则直接对所述加速度波形进行第一次积分，从而得到所述速度波形。
其中，所述积分优化处理的公式为：
VXn＝VXn-1-M*(M\VXn-1)
其中，VXn表示输出波形，VXn-1表示输入波形，M表示所述转换矩阵。
其中，根据所述优化后的位移波形计算得出均衡电压，以根据所述均衡电压进行触觉效果播放包括：将所述优化后的位移波形代入机电耦合方程以得到所述均衡电压；将所述均衡电压激励所述振动系统，以得到所述触觉效果
为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：提供一种触觉效果的实现设备，所述触觉效果的实现设备包括处理器以及存储器，所述存储器存储有计算机指令，所述处理器耦合所述存储器，所述处理器在工作时执行所述计算机指令以实现上述的设计方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的又一个技术方案是：提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行以实现如上述的设计方法。
本发明的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明实施例通过直接定义振动系统的加速度波形，并对该加速度波形进行多次积分优化处理得到位移波形，能够去除加速度二次积分得到位移时产生的漂移问题，避免加速度波形之外时刻的振动系统的振动。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，其中：
图1是本发明提供的触觉效果的设计方法一实施例的流程示意图；
图2是本发明图1中步骤S200一实施方式的流程示意图；
图3是本发明图2中步骤S210一实施方式的流程示意图；
图4是本发明图2中步骤S210另一实施方式的流程示意图；
图5是本发明图2中步骤S220一实施方式的流程示意图；
图6是本发明优化后的位移波形和现有技术直接积分得到的位移波形的对比示意图；
图7是本发明根据本申请的均衡电压和现有技术的均衡电压激励振动系统产生的振动加速度波形的对比示意图；
图8是本发明图1中步骤S300一实施方式的流程示意图；
图9是本发明提供的触觉效果的设计设备实施例的示意框图；
图10是本发明提供的计算机可读存储介质实施例的示意框图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，图1为本发明触觉效果的设计方法一实施方式的流程示意图，如图1，本发明提供的触觉效果的设计方法包括如下步骤：
S100，获取振动系统的加速度波形及信号采样率。
可以理解的是，为实现对触觉效果的直接量化，本发明实施例中定义振动系统的加速度波形A0，通过振动系统的加速度波形A0来实现触觉效果的直接量化。进一步获取该加速度波形A0的信号采样率fs。
S200，根据加速度波形及信号采样率对加速度波形进行积分优化处理，以得到优化后的位移波形。
请进一步结合图2，图2为本发明步骤S200一实施方式的流程示意图，如图2本发明提供的步骤S200进一步包括如下子步骤：
S210，根据加速度波形及信号采样率分别获取转换矩阵以及和加速度波形对应的速度波形。
请进一步结合图3，图3为本发明步骤S210一实施方式的流程示意图，如图3步骤S210进一步包括如下子步骤:
S211，根据加速度波形及信号采样率生成时间序列。
获取加速度波形A0的数据长度N，结合信号采样率fs计算得出时间序列，且该时间序列的计算公式为：
T＝[0:N-1]/fs。
S212，根据时间序列生成转换矩阵。
进一步，根据该时间序列T生成转换矩阵M，可选地本发明中转换矩阵M为N行2列的矩阵，且第一列数据为：M(:,1)＝[1:N]/N，第二列数据为：M(:,2)＝1。
请进一步结合图4，图4为本发明步骤S210另一实施方式的流程示意图，如图4该实施例主要介绍通过对加速度波形A0进行积分得到速度波形，且步骤S210进一步包括如下子步骤:
S211a，判断加速度波形是否为列数列。
可以理解的是加速度波形A0为表征加速度波形振幅幅度的一组数，举例来说，如果加速度波形是类似正弦波的波形，该波形的振幅为1，则A0是从-1到1一组数组成的数组。且本发明中实施例要求加速度波形A0以列数列形式运算，如此在对其进行积分之前需要判断其是否为列数列。若该加速度波形A0为列数列，则直接进入步骤S214a，反之则进入步骤S212a。
S212a，将加速度波形转换为列数列。
进一步，若判断该加速度波形A0为行数列，则将其转换为列数列。
S213a，将转换为列数列后的加速度波形进行第一次积分，从而得到速度波形。
进一步，对转换为列数列后的加速度波形A0进行第一次积分可以得到速度波形V0。
S214a，直接对加速波形进行第一次积分，从而得到速度波形。
可选地，若判断该加速度波形A0为列数列，则直接对其进行第一次积分，从而得到速度波形V0。
可以理解是的，本发明中步骤S211-S212以及步骤S211a-S214a可以同时进行，此处不限定其具体先后顺序。
S220，将转换矩阵及速度波形进行多次积分优化处理，从而得到优化后的位移波形。
进一步，将转换矩阵M以及速度波形V0输入积分优化模型中，进行多次积分优化处理后得到位移波形，其中积分优化模型的公式为：
VXn＝VXn-1-M·(M\VXn-1)
其中，VXn表示输出波形，VXn-1表示输入波形，M表示所述转换矩阵。
具体到本发明实施例来说，第一次进入该积分优化模型的参数为转换矩阵M和速度波形V0，第二次进入该积分优化模型的参数为转换矩阵M和将速度波形V0进行积分后的位移波形D0。具体地，结合图5，图5为本发明步骤S220一实施方式的流程示意图，详细介绍该积分优化过程，步骤S220进一步包括如下子步骤：
S221，将转换矩阵及速度波形进行第一次积分优化处理，以得到优化后的速度波形。
可选地，将转换矩阵M以及速度波形V0(即上述公式中的输入波形VXn-1)输入积分优化模型后，可以得到优化后的速度波形V1(即上述公式中的输出波形VXn)。
S222，对优化后的速度波形进行积分以得到位移波形。
进一步，对该优化后的速度波形V1进行积分处理，从而得到位移波形D0。
S223，将位移波形及转换矩阵进行第二次积分优化处理，以得到优化后的位移波形。
进一步，将转换矩阵M以及位移波形D0(对于上述公式中的输入波形VXn-1)输入该积分优化模型中进行第二次积分优化处理后能够得到优化后的位移波形D1(对于上述公式中的输出波形VXn)。
请进一步结合图6和图7，图6为本发明优化后的位移波形和现有技术直接积分得到的位移波形的对比示意图，图7是根据本申请的均衡电压和现有技术的均衡电压激励振动系统产生的振动加速度波形的对比示意图。
如图6和7中，现有技术中对加速度波形直接积分，会出现能量的积累，导致积分出来的位移值有漂移的趋势，导致加速波形结尾处，位移值不为零，说明加速度波形结尾处，振动系统的振子悬停在某一非平衡位置，那么当驱动电压结束之后，振子受到弹簧回复力，自由振荡，即处于“波形之外不可控”状态。若采用本发明对加速度波形进行多次积分优化处理后，得到的位移可以实现波形结尾处位移为零(即振子处于平衡位置)，那么波形结束后，就不会存在自由振荡的问题，即处于“波形之外可控”的状态。
上述实施方式中，通过直接定义振动系统的加速度波形，并对该加速度波形进行多次积分优化处理得到位移波形，能够去除加速度二次积分得到位移时产生的漂移问题，避免加速度波形之外时刻的振动系统的振动。
S300，根据优化后的位移波形计算得出均衡电压，以根据均衡电压进行触觉效果播放。
具体地，对多次优化积分处理后得到优化后的位移波形D1进行位移均衡从而得到电压波形，且利用该电压波形激励振动系统即可得到期望的振动效果。因本发明中触觉效果的直接量化指标是振动系统的加速度波形，所以该定义方式具有高度的可工程化性。
其中，均衡算法为常用的信号设计方法，根据振动系统的机电耦合方程求解得到，系统机电耦合方程如下：
其中，m表示实际播放马达动子的质量，c表示实际播放马达机械阻尼，k表示实际播放马达弹簧系数；BL表示机电耦合系数，Re表示实际播放马达线圈电阻，Le为表示实际播放马达线圈电感，i为电流，u为均衡电压，x为位移，为速度，/>为加速度。
进一步结合图8，图8为本发明步骤S300一实施方式的流程示意图，如图8步骤S300进一步包括如下子步骤：
S310，将优化后的位移波形代入机电耦合方程以得到均衡电压。
可选地，将位移x、速度以及加速度/>分别代入机电耦合方程得到均衡电压u，其中，度/>加速度/>分别由位移x求一次导和两次导得到。可以理解的是，
S320，将均衡电压激励振动系统，以得到触觉效果。
具体的，输出均衡电压信号激励设备的振动器，即可实现触觉效果播放。
上述实施方式中，通过直接定义振动系统的加速度波形，并对该加速度波形进行多次积分优化处理得到位移波形，能够去除加速度二次积分得到位移时产生的漂移问题，避免加速度波形之外时刻的振动系统的振动。
参阅图9，图9是本发明提供的触觉效果的设计设备实施例的示意框图，本实施例中的触觉效果的实现设备包括处理器310及存储器320，处理器310与存储器320耦合，存储器320存储有计算机指令，处理器310在工作时执行计算机指令以实现上述任一实施例中的触觉效果的设计方法。
其中，处理器310还可以称为CPU(Central Processing Unit，中央处理单元)。处理器310可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。处理器310还可以是通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现成可编程门阵列(FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器，但不仅限于此。
参阅图10，图10是本发明提供的计算机可读存储介质实施例的示意框图，本实施例中的计算机可读存储介质存储有计算机程序410，该计算机程序410能够被处理器执行以实现上述任一实施例中的触觉效果的设计方法。
可选的，该可读存储介质可以是U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质，或者是计算机、服务器、手机、平板等终端设备。
区别于现有技术，本发明通过直接定义振动系统的加速度波形，并对该加速度波形进行多次积分优化处理得到位移波形，能够去除加速度二次积分得到位移时产生的漂移问题，避免加速度波形之外时刻的振动系统的振动。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种触觉效果的设计方法，其特征在于，所述设计方法包括：
获取振动系统的加速度波形及信号采样率；
根据所述加速度波形及所述信号采样率对所述加速度波形进行积分优化处理，以得到优化后的位移波形；
根据所述优化后的位移波形计算得出均衡电压，以根据所述均衡电压进行触觉效果播放；
其中，所述根据所述加速度波形及所述信号采样率对所述加速度波形进行积分优化处理以得到优化后位移波形包括：
根据所述加速度波形及所述信号采样率分别获取转换矩阵以及和所述加速度波形对应的速度波形；
将所述转换矩阵及所述速度波形进行多次积分优化处理，从而得到优化后的位移波形；
所述将所述转换矩阵及所述速度波形进行多次积分优化处理，从而得到优化后的位移波形包括：
将所述转换矩阵及所述速度波形进行第一次积分优化处理，以得到优化后的速度波形；
对所述优化后的速度波形进行积分以得到位移波形；
将所述位移波形及所述转换矩阵进行第二次积分优化处理，以得到所述优化后的位移波形。
2.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，所述根据所述加速度波形及所述信号采样率分别获取转换矩阵以及和所述加速度波形对应的速度波形包括：
根据所述加速度波形及所述信号采样率生成时间序列；
根据所述时间序列生成所述转换矩阵。
3.根据权利要求2所述的设计方法，其特征在于，所述时间序列的计算公式为：
T＝[0:N-1]/fs
其中，T为所述时间序列，N为所述加速度波形的数据长度，fs为所述信号采样率。
4.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，所述根据所述加速度波形及所述信号采样率分别获取转换矩阵以及和所述加速度波形对应的速度波形包括：
判断所述加速度波形是否为列数列；
若判断为否，则将所述加速度波形转换为列数列；
将转换为列数列后的所述加速度波形进行第一次积分，从而得到所述速度波形；
若判断为是，则直接对所述加速度波形进行第一次积分，从而得到所述速度波形。
5.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，所述积分优化处理的公式为：VXn＝VXn-1-M·(M\VXn-1)
其中，VXn表示输出波形，VXn-1表示输入波形，M表示所述转换矩阵。
6.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，根据所述优化后的位移波形计算得出均衡电压，以根据所述均衡电压进行触觉效果播放包括：
将所述优化后的位移波形代入机电耦合方程以得到所述均衡电压；
将所述均衡电压激励所述振动系统，以得到所述触觉效果。
7.一种触觉效果的设计设备，其特征在于，所述触觉效果的设计设备包括处理器以及存储器，所述存储器存储有计算机指令，所述处理器耦合所述存储器，所述处理器在工作时执行所述计算机指令以实现如权利要求1～6中任一项所述的设计方法。
8.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行以实现如权利要求1～6中任一项所述的设计方法。
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