基于短时记忆离子阶粘性弹性力学的触觉渲染：被动性与渲染保真度

对表现出缓应和和应力缓和现象的粘性弹性材料的触觉渲染对于诸多应用至关重要，例如使用具有真实生物组织模型的医疗培训。分数阶粘性弹性模型通过少数参数自然地捕捉记忆效应，为描述内在时序动态提供了有效手段。本研究在有限记忆离子阶离散化下，对分数阶粘性弹性模型的被动性和渲染性能进行分析。我们基于Grünwald-Letnikov导数，在短时记忆离散化下推导了确保分数阶（FO）标准线性弹性体（SLS）模型触觉渲染被动性的闭式表达式。我们还提供了此类FO-SLS模型有效刚度和阻尼的符号表达式。所得被动性条件构成一个统一框架，使先前报告的整数阶Kelvin-Voigt、Maxwell和SLS模型结果成为其特例。进一步，我们对理论被动性界限进行了实验验证，并对FO-SLS模型的人体主观评估进行了感知真实性评估。总体而言，本研究在短时记忆离散化下为分数阶粘性弹性渲染建立了统一的理论框架并进行了实验评估。