基于电振动的虚拟光栅触觉粗糙度感知

在触摸屏上真实呈现触觉纹理，是触觉技术面向日常使用电子设备的广大消费者迈出的重要一步。由于电振动无法在触摸屏上显式渲染纹理形貌，理解我们如何通过电振动的摩擦调制来感知所显示的虚拟纹理十分重要。我们通过触摸屏对比研究了由有机玻璃制成的真实光栅与电振动显示的虚拟光栅的粗糙度感知。具体而言，我们开展了两项由10名参与者参加的心理物理学实验，以考察宏观尺寸下空间周期与手指施加的法向力对真实与虚拟光栅粗糙度感知的影响。我们还记录了实验期间作用于参与者手指的接触力。结果表明，真实与虚拟光栅的粗糙度感知存在差异。我们认为该差异可由手指垫对光栅的压入量来解释。对于真实光栅，压入增加了作用于手指的切向力；而对于无皮肤压入的虚拟光栅，切向力随空间周期减小。支持我们观点的另一发现是：增加法向力会提高真实光栅的感知粗糙度，却对虚拟光栅产生相反效果。这些结果与真实和虚拟光栅记录的切向力剖面一致。特别是，切向力的变化率（$dF_t/dt$）作为空间周期和法向力的函数，其变化趋势与真实和虚拟光栅粗糙度估计值所得趋势相似，表明其比切向力幅值更能指示感知粗糙度。