本公開(kāi)涉及觸覺(jué)領(lǐng)域。更具體地，本公開(kāi)涉及通過(guò)有形界面捕獲和呈現(xiàn)物體的表面的滑動(dòng)摩擦(也被稱為粗糙度)的方法和設(shè)備。

背景技術(shù)：

根據(jù)背景技術(shù)，已知在諸如計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和機(jī)器人輔助手術(shù)之類的應(yīng)用中使用觸覺(jué)接口，其允許用戶通過(guò)手持設(shè)備觸摸虛擬和遠(yuǎn)程環(huán)境。遺憾的是，由這些系統(tǒng)產(chǎn)生的觸覺(jué)呈現(xiàn)很少能感覺(jué)像是在現(xiàn)實(shí)世界中遇到的各種表面的真實(shí)呈現(xiàn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本公開(kāi)的目的是克服背景技術(shù)的這些缺點(diǎn)中的至少一個(gè)。

更具體地，本公開(kāi)的一個(gè)目的是確定表示表面的信息和/或呈現(xiàn)這樣的表示粗糙度的信息。

本公開(kāi)涉及一種被配置為確定表示物體的表面的粗糙度的信息的設(shè)備。該設(shè)備有利地包括：

-用于測(cè)量由手的至少一部分在設(shè)備上施加的第一壓力的裝置，

-被配置成與表面接觸的粘性裝置，

-用于測(cè)量設(shè)備的速度的裝置。

根據(jù)具體特性，該設(shè)備還包括用于測(cè)量施加在粘性裝置上的第二壓力的裝置。

有利地，該設(shè)備還包括用于獲取表示設(shè)備在表面上運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的聲音的信息的裝置。

根據(jù)具體特性，該設(shè)備還包括用于測(cè)量表示表面的熱屬性的信息的裝置。

有利地，該設(shè)備還包括用于存儲(chǔ)表示第一壓力的信息和表示速度的信息的裝置。

根據(jù)具體特性，該設(shè)備還包括被配置為傳輸表示第一壓力的信息和表示速度的信息的通信接口。

根據(jù)具體特性，該設(shè)備是手持設(shè)備，用于測(cè)量第一壓力的裝置被布置在設(shè)備的主體的一部分上。

本公開(kāi)涉及一種被配置為呈現(xiàn)表示物體的第一表面的粗糙度的信息的設(shè)備，該設(shè)備包括：

-用于測(cè)量由手的至少一部分手在設(shè)備上施加的第一壓力的裝置，

-用于測(cè)量設(shè)備的速度的裝置，

-用于適配被配置為與不同于第一表面的第二表面接觸的設(shè)備的一部分的粗糙度的裝置，該設(shè)備的部分的粗糙度是根據(jù)測(cè)量到的第一壓力、測(cè)量到的速度和根據(jù)表示要呈現(xiàn)的第一表面的觸感的信息來(lái)適配的。

有利地，該設(shè)備還包括被配置為產(chǎn)生振動(dòng)效應(yīng)的振動(dòng)裝置。

根據(jù)具體特性，該設(shè)備還包括用于呈現(xiàn)第一表面的熱屬性的裝置。

根據(jù)另一特性，該設(shè)備還包括至少呈現(xiàn)聲音的裝置。

有利地，該設(shè)備是手持設(shè)備，用于測(cè)量第一壓力的裝置被布置在設(shè)備的主體的一部分上。

根據(jù)具體特性，該設(shè)備被包括在觸覺(jué)設(shè)備中。

本公開(kāi)還涉及一種用手持設(shè)備確定表示物體的表面的粗糙度的信息的方法，該方法包括：

-在手持設(shè)備在所述表面上的運(yùn)動(dòng)期間，測(cè)量由手的至少一部分在手持設(shè)備上施加的壓力，手持設(shè)備在運(yùn)動(dòng)期間與表面接觸，

-在手持設(shè)備在表面上的運(yùn)動(dòng)期間測(cè)量手持設(shè)備的速度，

-根據(jù)測(cè)量到的第一壓力和測(cè)量到的速度生成表示表面粗糙度的信息。

本公開(kāi)還涉及一種用手持設(shè)備呈現(xiàn)表示物體的第一表面的粗糙度的信息的方法，該方法包括：

-在手持設(shè)備在不同于第一表面的第二表面上的運(yùn)動(dòng)期間測(cè)量由手的至少一部分在手持設(shè)備上施加的第一壓力，手持設(shè)備在運(yùn)動(dòng)期間與第二表面接觸，

-在手持設(shè)備在第二表面上的運(yùn)動(dòng)期間測(cè)量手持設(shè)備的速度，

-適配與第二表面接觸的手持設(shè)備的部分的粗糙度，該設(shè)備的部分的粗糙度是根據(jù)測(cè)量到的第一壓力、測(cè)量到的速度以及根據(jù)表示要呈現(xiàn)的第一表面的觸感的信息來(lái)適配的。

附圖說(shuō)明

將更好地理解本公開(kāi)，并且在閱讀參考附圖的以下描述時(shí)將發(fā)現(xiàn)其它具體特征和優(yōu)點(diǎn)，其中：

-圖1示出了根據(jù)本原理的特定實(shí)施例的被配置為捕獲和呈現(xiàn)物體的表面的粗糙度的設(shè)備；

-圖2示出了根據(jù)本原理的特定實(shí)施例的圖1的設(shè)備的捕獲部分的細(xì)節(jié)；

-圖3示出了根據(jù)本原理的特定實(shí)施例的圖1的設(shè)備的呈現(xiàn)部分的細(xì)節(jié)；

-圖4示出了根據(jù)本原理的特定實(shí)施例的用于通過(guò)使用圖1的設(shè)備來(lái)捕獲和呈現(xiàn)表面粗糙度的操作；

-圖5示出了根據(jù)本原理的特定實(shí)施例的使用圖1的設(shè)備對(duì)表面的粗糙度的捕獲；

-圖6示出了根據(jù)本原理的特定實(shí)施例的使用圖1的設(shè)備對(duì)圖5的表面的粗糙度的呈現(xiàn)；

-圖7示出了根據(jù)本原理的特定實(shí)施例的通過(guò)使用圖1的設(shè)備實(shí)現(xiàn)的用于確定表示物體的表面的粗糙度的信息的方法；

-圖8示出了根據(jù)本原理的特定實(shí)施例的通過(guò)使用圖1的設(shè)備實(shí)現(xiàn)的用于呈現(xiàn)表示物體的表面的粗糙度的信息的方法；

-圖9示出了根據(jù)本原理的特定實(shí)施例的與表面相關(guān)聯(lián)的粗糙度模型的兩個(gè)示例。

具體實(shí)施方式

現(xiàn)參考附圖描述主題，其中相同的參考標(biāo)號(hào)始終用于指代相同的元件。在下面的描述中，出于說(shuō)明的目的，闡述了許多具體細(xì)節(jié)以提供對(duì)主題的透徹理解。然而，很明顯可以在沒(méi)有這些具體細(xì)節(jié)的情況下實(shí)踐主題實(shí)施例。

將參考以下設(shè)備的具體實(shí)施例來(lái)描述本公開(kāi)，其中該設(shè)備被配置為確定現(xiàn)實(shí)世界中任何物體的表面的狀態(tài)，即，被配置為確定表示第一表面的粗糙度(也被稱為滑動(dòng)摩擦)的信息。該設(shè)備有利地包括在獲取表示第一表面的粗糙度的信息時(shí)用于測(cè)量由手或手的一部分在所述設(shè)備上施加的壓力的裝置，該裝置例如對(duì)應(yīng)于布置在該設(shè)備上用戶握住該設(shè)備的位置處的壓敏表面。該設(shè)備還包括布置在設(shè)備的一部分上(例如，在設(shè)備的末端處)的粘性裝置，該粘性裝置被適配為在獲取表示第一表面的粗糙度的信息時(shí)與第一表面接觸。該設(shè)備還包括用于當(dāng)設(shè)備在第一表面上運(yùn)動(dòng)時(shí)測(cè)量設(shè)備的速度以獲取表示第一表面的粗糙度的信息的裝置。

還將參考以下設(shè)備的具體實(shí)施例來(lái)描述本公開(kāi)，該設(shè)備被配置為呈現(xiàn)現(xiàn)實(shí)世界中物體的第一表面的狀態(tài)或觸感，即，被配置為呈現(xiàn)表示第一表面的粗糙度的信息的設(shè)備。該設(shè)備有利地包括在呈現(xiàn)第一表面的粗糙度時(shí)用于測(cè)量由手或手的一部分施加在所述設(shè)備上的壓力的裝置，該裝置例如對(duì)應(yīng)于布置在設(shè)備上用戶握住設(shè)備的位置處的壓敏表面。該設(shè)備還包括用于當(dāng)設(shè)備在表面上運(yùn)動(dòng)時(shí)測(cè)量設(shè)備的速度以獲取表面的粗糙度的裝置。該設(shè)備還包括用于適配設(shè)備的一部分(例如，設(shè)備的末端)的粗糙度的裝置，該裝置被配置為在設(shè)備在第二表面上運(yùn)動(dòng)期間與第二表面接觸以呈現(xiàn)第一表面的粗糙度。第二表面有利地不同于第一表面，這使得能夠呈現(xiàn)另一表面的表面粗糙度，因此能夠在第二表面上具有第一表面的紋理的觸感。根據(jù)測(cè)量到的被施加在設(shè)備上的壓力、在第二表面上運(yùn)動(dòng)期間測(cè)量到的設(shè)備的速度、以及例如用被配置為測(cè)量物體表面的粗糙度的上述設(shè)備獲取的表示第一表面的粗糙度的信息來(lái)有利地適配設(shè)備的一部分的粗糙度。

可以理解的是，表面的粗糙度是該表面的紋理的分量，其可以通過(guò)實(shí)際表面與其理想形式的垂直偏差(或不規(guī)則性)來(lái)量化。如果這些偏差大，則表面粗糙，如果這些偏差小，則表面光滑。粗糙度有利地對(duì)應(yīng)于被測(cè)量表面的高頻、短波長(zhǎng)表面偏差(峰值和值)。粗糙表面具有比平滑表面更高的摩擦系數(shù)。ra是最常用的表面粗糙度定義，用數(shù)學(xué)表達(dá)式表示為：

其中n是計(jì)算中使用的數(shù)據(jù)點(diǎn)的總數(shù)，y是從平均表面高度測(cè)量的垂直表面位置。

表示表面粗糙度的信息的一個(gè)示例是滑動(dòng)摩擦力，其對(duì)應(yīng)于相接觸的兩個(gè)表面相對(duì)于彼此的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的摩擦力。摩擦力對(duì)應(yīng)于動(dòng)能(與運(yùn)動(dòng)相關(guān))到熱能的轉(zhuǎn)化。

可以根據(jù)用戶的手在壓敏表面上所施加的壓力、設(shè)備在表面上運(yùn)動(dòng)的速度、以及產(chǎn)生設(shè)備在表面上的運(yùn)動(dòng)的反向力的粘性裝置等獲得第一表面的摩擦力。用于測(cè)量施加的壓力的裝置、用于測(cè)量設(shè)備的速度的裝置、以及粘性裝置的組合使得能夠(例如，沿著與設(shè)備在表面上的滑動(dòng)運(yùn)動(dòng)相對(duì)應(yīng)的路徑)獲得為了獲得與表面相關(guān)聯(lián)的摩擦系數(shù)所需要的所有數(shù)據(jù)。實(shí)際上，在給定速度下，用戶在設(shè)備上施加的壓力越大，與表面相關(guān)聯(lián)的摩擦力越高。

圖1示出了一般形式(筆)的設(shè)備1，根據(jù)本原理的示例性和非限制性實(shí)施例，設(shè)備1被配置為捕獲并呈現(xiàn)任何物體的任何表面的粗糙度。設(shè)備1包括粗糙度呈現(xiàn)模塊10和粗糙度捕獲模塊12。設(shè)備1可以被稱為“觸覺(jué)筆”。針對(duì)圖3更詳細(xì)地描述呈現(xiàn)模塊10的示例性實(shí)施例，并且針對(duì)圖2更詳細(xì)地描述捕獲模塊12的示例性實(shí)施例。設(shè)備1還包括處理模塊11，其被配置為處理來(lái)自捕獲模塊12的數(shù)據(jù)和/或處理來(lái)自和/或要去往呈現(xiàn)模塊10的數(shù)據(jù)。

處理模塊11有利地對(duì)應(yīng)于被配置為處理來(lái)自或要去往模塊10和12中的一者或兩者的數(shù)據(jù)的硬件模塊。處理模塊11有利地包括處理單元110，即，例如與存儲(chǔ)器111(例如，隨機(jī)存取存儲(chǔ)器或包括寄存器的ram2032)相關(guān)聯(lián)的一個(gè)或多個(gè)處理器。存儲(chǔ)器可以用于存儲(chǔ)用捕獲部分12獲取的數(shù)據(jù)，例如，在對(duì)表示表面粗糙度的信息的捕獲階段期間設(shè)備運(yùn)動(dòng)時(shí)的速度，在對(duì)表示表面粗糙度的信息的捕獲階段期間由持有設(shè)備的用戶施加的壓力、和/或利用設(shè)備1捕獲的表示表面粗糙度的信息。存儲(chǔ)器還可以用于存儲(chǔ)來(lái)自呈現(xiàn)模塊10的數(shù)據(jù)，例如在對(duì)表示表面粗糙度的信息的呈現(xiàn)階段期間設(shè)備運(yùn)動(dòng)時(shí)的速度，在對(duì)表示表面粗糙度的信息的呈現(xiàn)階段期間由持有設(shè)備的用戶施加的壓力。由處理單元110對(duì)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器111內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行有利的處理。存儲(chǔ)器111還可用于存儲(chǔ)實(shí)現(xiàn)用于捕獲和/或呈現(xiàn)表示表面粗糙度的信息的方法的算法的指令。根據(jù)非限制性示例，模塊11還可以包括被配置為向遠(yuǎn)程處理單元發(fā)送/從其接收存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)的通信接口。該通信接口例如是無(wú)線通信接口，例如與藍(lán)牙、zygbee和/或wi-fi兼容。模塊11還可以包括電池113。根據(jù)變形，該模塊采用fpga(現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列)類型的可編程邏輯電路的形式，例如，asic(專用集成電路)或者dsp(數(shù)字信號(hào)處理器)。

根據(jù)變形，呈現(xiàn)模塊10和捕獲模塊12未集成到單個(gè)設(shè)備1中，而是形成兩個(gè)單獨(dú)的設(shè)備。根據(jù)該變形，每個(gè)模塊10和12包括其自身的處理單元。

自然地，設(shè)備1的一般形式不限于筆，而是延伸到任何形式，例如鼠標(biāo)的形式。

圖2示出了根據(jù)本原理的示例性和非限制性實(shí)施例的設(shè)備1的捕獲模塊12的細(xì)節(jié)。捕獲模塊12包括壓敏表面22，其可以布置在設(shè)備的主體21上，例如在用戶用手握住捕獲模塊12的位置處。捕獲模塊12還包括布置在捕獲模塊12的一部分上的輕微粘性的引頭24，其適配為與要確定其粗糙度信息的第一表面接觸。捕獲模塊12還包括能夠跟蹤捕獲模塊速度的系統(tǒng)，例如運(yùn)動(dòng)傳感器25。在給定速度下，引引頭與第一表面之間的滑動(dòng)摩擦力越高，持有捕獲模塊12的用戶必須壓在捕獲模塊12的主體部分上的力越強(qiáng)。

粘性引頭24有利地附接到運(yùn)動(dòng)垂直軸23，其運(yùn)動(dòng)(當(dāng)捕獲模塊12/設(shè)備1在第一表面上滑動(dòng)時(shí))被運(yùn)動(dòng)傳感器25(例如，磁傳感器和加速度計(jì)的組合)捕獲。粘性引頭24能夠再現(xiàn)手指與第一表面的紋理的接觸類型，并且運(yùn)動(dòng)傳感器能夠捕獲由表面上的滑動(dòng)推斷出的浮雕變化(波紋)和振動(dòng)。通過(guò)壓力表面?zhèn)鞲衅?2捕獲所引起的摩擦力。在給定速度下，第一表面粘度越高，持有捕獲模塊12的用戶必須更大程度地按壓捕獲模塊12的被抓握區(qū)域?？蛇x地，補(bǔ)充摩擦信息可以由運(yùn)動(dòng)傳感器25捕獲，因?yàn)榭梢灶A(yù)期用戶在第一表面上的滑動(dòng)變得更難時(shí)在粘性引頭24上施加更多的力。

根據(jù)可選的變形，捕獲模塊12包括被配置為捕獲由粘性引頭與第一表面之間的摩擦引起的典型聲音的小型化麥克風(fēng)27。

根據(jù)另一變形，捕獲模塊12包括熱傳感器(例如，紅外發(fā)射器和紅外傳感器的組合)，其被配置為獲取第一表面的材料的熱屬性(例如，金屬表面比棉紙觸感更冷)。

圖3示出了根據(jù)本原理的示例性和非限制性實(shí)施例的設(shè)備1的呈現(xiàn)模塊10的細(xì)節(jié)。呈現(xiàn)模塊10包括可以布置在呈現(xiàn)模塊10的主體31上的壓敏表面32(例如，與壓敏表面22相同或相似)，例如在用戶用手握住呈現(xiàn)模塊10的位置處。呈現(xiàn)模塊10還包括其粗糙度可以被動(dòng)態(tài)地適配的引頭35，以及能夠跟蹤呈現(xiàn)模塊10的速度的系統(tǒng)，例如與捕獲模塊12中所包括的系統(tǒng)相同的系統(tǒng)?；瑒?dòng)效果(即，通過(guò)在第一表面上滑動(dòng)捕獲模塊12所捕獲的滑動(dòng)摩擦)的呈現(xiàn)是通過(guò)連續(xù)適配引頭35的粗糙度的閉合回路來(lái)執(zhí)行的，引頭35的粗糙度與呈現(xiàn)模塊10的滑動(dòng)速度和當(dāng)前的摩擦等級(jí)(根據(jù)壓力模式估計(jì)，以當(dāng)前速度從壓敏表面32導(dǎo)出的)與用作輸入的摩擦等級(jí)(即，要呈現(xiàn)的第一表面的摩擦等級(jí))之間的距離相關(guān)。

除了強(qiáng)度值本身之外，壓力模式提供例如表示施加在壓敏表面上的(一個(gè)或多個(gè))壓力強(qiáng)度的位置的信息。當(dāng)在壓敏表面上測(cè)量若干個(gè)壓力強(qiáng)度時(shí)，測(cè)量到的壓力強(qiáng)度的平均值可以例如用于計(jì)算表示粗糙度的信息。

通過(guò)引頭35所配有的具有可伸縮的粘性銷(picot)的光滑頭部來(lái)有利地適配引頭35的粗糙度?？缮炜s的粘性銷可以有利地利用力-反饋能力沿著垂直軸33運(yùn)動(dòng)(通過(guò)專用致動(dòng)器)。垂直軸也可以通過(guò)專用致動(dòng)器34獨(dú)立地沿著主體31運(yùn)動(dòng)。具有可伸縮的粘性銷35的光滑頭部的作用是引起可分級(jí)的摩擦效應(yīng)。為此，相關(guān)聯(lián)的致動(dòng)器36可以逐漸地推動(dòng)銷陣列穿過(guò)頭部，使得當(dāng)銷陣列中的銷完全縮回時(shí)再現(xiàn)滑動(dòng)的行為，并且一旦銷被推動(dòng)，則可替代地仿效粘性材料。同時(shí)，壓力傳感器表面32能夠以與捕獲階段期間使用的方式相似的方式捕獲粗糙度。垂直軸33的作用是再現(xiàn)在捕獲階段期間在第一表面上捕獲到的浮雕變化和振動(dòng)(波紋)。

根據(jù)變形，呈現(xiàn)模塊110包括用于呈現(xiàn)特定振動(dòng)效果的振動(dòng)器。

根據(jù)另一變形，呈現(xiàn)模塊10包括熱致動(dòng)器，其例如與壓敏表面32相關(guān)聯(lián)，以再現(xiàn)捕獲到的第一表面的紋理的熱屬性，或通過(guò)提供更多或更少的熱來(lái)增強(qiáng)摩擦效應(yīng)感覺(jué)。

根據(jù)另一變形，呈現(xiàn)模塊10包括音頻揚(yáng)聲器，用于呈現(xiàn)在對(duì)第一表面的粗糙度的捕獲階段期間獲取的聲音。

圖4示出了根據(jù)本原理的示例性和非限制性實(shí)施例、對(duì)表示第一表面的粗糙度的信息的捕獲和呈現(xiàn)中所涉及到的過(guò)程。

在捕獲階段，用戶用手握住設(shè)備1并在第一表面上滑動(dòng)設(shè)備1，設(shè)備1的捕獲模塊在滑動(dòng)期間與第一表面接觸。在設(shè)備1的滑動(dòng)運(yùn)動(dòng)期間測(cè)量設(shè)備1的速度。例如以5000hz或10000hz的速率測(cè)量速度值410。同時(shí)，以與測(cè)量用戶速度的速率相同的速率有利地測(cè)量表示用戶的手在設(shè)備1上施加的壓力的信息411。表示壓力的信息對(duì)應(yīng)于例如由手施加的壓力強(qiáng)度和/或施加在設(shè)備1上的壓力模式。根據(jù)速度值410和表示壓力的信息411計(jì)算出表示第一表面的粗糙度的信息41。表示粗糙度的信息41對(duì)應(yīng)于例如沿著設(shè)備在第一表面上的滑動(dòng)運(yùn)動(dòng)的表面的不同摩擦等級(jí)。

在呈現(xiàn)階段，用戶用手握住設(shè)備1并在第二表面上滑動(dòng)設(shè)備1，設(shè)備1的呈現(xiàn)模塊在滑動(dòng)期間與第二表面接觸。第二表面有利地不同于第一表面，并且呈現(xiàn)階段的一個(gè)目的是在第二表面上呈現(xiàn)表示第一表面的粗糙度的信息，給出第二表面的紋理與第一表面的紋理相同的錯(cuò)覺(jué)或至少第二表面的粗糙度與第一表面的粗糙度相同的錯(cuò)覺(jué)。在設(shè)備1在第二表面上滑動(dòng)運(yùn)動(dòng)期間測(cè)量設(shè)備1的速度。例如以5000hz或10000hz的頻率測(cè)量速度值420。同時(shí)，有利地以與測(cè)量速度的速率相同的速率來(lái)測(cè)量表示用戶的手在設(shè)備1上施加的壓力的信息421。表示壓力的信息對(duì)應(yīng)于例如由手施加的壓力強(qiáng)度和/或施加在設(shè)備1上的壓力模式。根據(jù)速度值420和表示壓力的信息421計(jì)算出表示第二表面的粗糙度的信息42。表示粗糙度的信息42對(duì)應(yīng)于例如沿著設(shè)備在第二表面上的滑動(dòng)運(yùn)動(dòng)的第二表面的不同摩擦等級(jí)。信息42和信息41之間的差使得能夠計(jì)算出參數(shù)43，該參數(shù)43用于在如針對(duì)圖3所描述的呈現(xiàn)表示第一表面的粗糙度的信息時(shí)控制設(shè)備1與第二表面接觸的部分的粗糙度。

圖5示出了根據(jù)本原理的示例性和非限制性實(shí)施例的利用設(shè)備1對(duì)表示第一表面52的粗糙度的信息的捕獲階段。有利地通過(guò)在第一表面52上滑動(dòng)設(shè)備1來(lái)執(zhí)行捕獲階段，其中設(shè)備1的捕獲部分指向第一表面，并且在設(shè)備1在第一表面上滑動(dòng)期間，粘性引頭24與第一表面52接觸。根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，還包括用于測(cè)量粘性引頭24在第一表面52上的路徑的裝置(23)，用線520示出?？梢栽O(shè)想各種協(xié)議以捕獲表示第一表面52的粗糙度的信息，例如，沿著路徑520的滑動(dòng)摩擦力?？梢杂欣乩迷诶缙聊?例如，平板電腦51的屏幕)上顯示的用戶界面來(lái)引導(dǎo)捕獲表示第一表面52的粗糙度的信息的用戶。要求以給定速度和對(duì)設(shè)備引頭24(由于其力反饋能力而測(cè)得)的給定壓力在第一表面上滑動(dòng)設(shè)備1的指令有利地被顯示在平板電腦51的屏幕的第一部分510上。對(duì)于速度和距離的指示有利地被顯示在平板電腦51的屏幕的第二部分512上。關(guān)于施加在粘性引頭24上的壓力的指示有利地被顯示在平板電腦51的屏幕的第三部分上。這種視覺(jué)信息通過(guò)使用適配為獲得表示粗糙度的良好值的參數(shù)而給出對(duì)設(shè)備1的控制的有用指示，從而幫助用戶捕獲第一表面52的粗糙度。

根據(jù)變形，可以通過(guò)附加的加速度計(jì)或設(shè)備1外部的任何跟蹤解決方案來(lái)控制設(shè)備1的滑動(dòng)速度。

根據(jù)另一變形，可以在與路徑520正交的方向上重復(fù)滑動(dòng)過(guò)程，以捕獲第一表面52的紋理鋪設(shè)(用于各向異性紋理)。

最后，已經(jīng)能夠以受控的速度記錄設(shè)備1的壓敏部件上的壓力變化，并且可推斷出摩擦力測(cè)量結(jié)果。根據(jù)實(shí)施例，可以將摩擦力計(jì)算為通過(guò)滑動(dòng)速度歸一化的由用戶的手在設(shè)備1上施加的壓力的組合，利用設(shè)備1和掃描材料(即，第一表面)的機(jī)械模型來(lái)建立精確的關(guān)系。

圖9示出了根據(jù)本原理的示例性和非限制性實(shí)施例，可以在針對(duì)圖5所描述的獲取過(guò)程結(jié)束時(shí)所得到的粗糙度的兩種模型。有利地將第一表面的粗糙度屬性建模為與設(shè)備1的速度v和在壓敏表面上測(cè)量的壓力強(qiáng)度p有關(guān)的函數(shù)(例如，根據(jù)庫(kù)侖模型)。該關(guān)系可以例如用多項(xiàng)式函數(shù)建模，并且多項(xiàng)式的系數(shù)可以起到要呈現(xiàn)的第一表面的紋理模型的作用。

圖6示出了根據(jù)本原理的示例性和非限制性實(shí)施例的利用設(shè)備1對(duì)表示第一表面的粗糙度的信息的呈現(xiàn)階段。有利地通過(guò)在第二表面60(例如，平板電腦6的屏幕)上滑動(dòng)設(shè)備1來(lái)執(zhí)行呈現(xiàn)階段，其中，第二表面不同于第一表面。在呈現(xiàn)階段期間，設(shè)備1的呈現(xiàn)部分指向第二表面，并且在設(shè)備1在第二表面60上滑動(dòng)期間，可控引頭35與第二表面60接觸。在呈現(xiàn)階段，用戶在第二表面60上滑動(dòng)設(shè)備1的呈現(xiàn)部分(設(shè)備1有利地配備有可分級(jí)的銷)。通過(guò)平板電腦6的觸覺(jué)能力跟蹤設(shè)備1的速度及其在第二表面60上的位置。根據(jù)變形，通過(guò)使用集成在呈現(xiàn)模塊中的速度測(cè)量裝置來(lái)測(cè)量設(shè)備的速度。設(shè)置在設(shè)備1的呈現(xiàn)模塊上的壓敏表面記錄由用戶的手施加的當(dāng)前壓力模式。在每一時(shí)刻，可以以與前述方式相似的方式計(jì)算摩擦力測(cè)量結(jié)果。然后，在知道要呈現(xiàn)的第一表面的摩擦級(jí)別的情況下，可以使用(針對(duì)圖4所描述的)閉合回路來(lái)適配引頭35的粗糙度等級(jí)，使得當(dāng)前的摩擦等級(jí)和期望的摩擦等級(jí)(即與獲取到的表示第一表面的粗糙度的信息相對(duì)應(yīng)的指令)盡可能地接近。通過(guò)撤回或取出銷來(lái)適配引頭粗糙度，并且可以采用若干個(gè)自動(dòng)控制策略(例如，簡(jiǎn)單的pid控制器)來(lái)確定銷的最佳位置。

用'h'表示針對(duì)要呈現(xiàn)的第一表面的紋理的與壓力p和速度v相關(guān)的紋理模型。在圖9中示出這種模型的兩個(gè)示例。從而對(duì)于與第一表面相關(guān)聯(lián)的任何一對(duì)p和v存在下式：

v-h(p)＝0等式2

在呈現(xiàn)步驟期間，如圖4所示的閉合回路根據(jù)測(cè)量到的壓敏表面上的壓力和測(cè)量到的速度來(lái)適配設(shè)備1的引頭(35)的粗糙度。目標(biāo)是再現(xiàn)先前利用例如通過(guò)針對(duì)圖5所描述的捕獲過(guò)程獲得的函數(shù)h建模的第一表面的紋理，在圖9中示出了通過(guò)該過(guò)程獲取的紋理的兩個(gè)模型(低粗糙度和高粗糙度)。作為非限制性的示例，考慮其中通過(guò)可伸縮的粘性銷來(lái)適配粗糙度的具體情況。用l[k]、v[k]和p[k]表示在第二表面60上對(duì)第一表面的紋理的呈現(xiàn)過(guò)程期間的步驟k處的銷的長(zhǎng)度、測(cè)量到的速度及壓力。還假設(shè)引頭(35)的粗糙度隨從引頭(35)推出的銷的長(zhǎng)度而變化。根據(jù)示例性實(shí)施例，可以通過(guò)如下的簡(jiǎn)單比例控制器在步驟k+1處動(dòng)態(tài)地適配銷長(zhǎng)度：

l[k+1]＝l[k]+α*(v[k]-h(p[k]))等式3

其中α是控制器的增益(可能為負(fù))，該控制器被經(jīng)驗(yàn)性地設(shè)置為匹配特定于用戶的關(guān)于錯(cuò)誤恢復(fù)性能的要求。當(dāng)當(dāng)前速度和壓力與模型兼容(即v[k]-h(p[k])～0)時(shí)，則不進(jìn)行校正，而一旦觀察到與模型的分歧(即，0<<|v[k]–h(p[k])|)則進(jìn)行較大的校正。

根據(jù)變形，也可以以非常類似的方式使用更復(fù)雜的控制器(pi-比例/積分、pid-比例/積分/微分、lqgr-線性二次高斯調(diào)節(jié)器)來(lái)提高調(diào)節(jié)回路的性能。

根據(jù)示例性實(shí)施例，在第二表面上對(duì)第一表面的粗糙度的呈現(xiàn)與平板電腦屏幕6上的視覺(jué)反饋相關(guān)聯(lián)。在典型情況下，可以在平板電腦上顯示第一表面的紋理的高真實(shí)感模型以增強(qiáng)紋理呈現(xiàn)。在更先進(jìn)的模式中，甚至可以通過(guò)物理模型(例如，通過(guò)有限元模型計(jì)算的機(jī)械模型)結(jié)合i)通過(guò)平板電腦6的觸覺(jué)能力記錄的設(shè)備1在屏幕上的位置以及ii)設(shè)備本身通過(guò)其力反饋能力測(cè)量的設(shè)備引頭壓力來(lái)對(duì)該模型進(jìn)行動(dòng)畫(huà)模擬。在第三種模式中，也可以在物理模型上面添加偽觸覺(jué)效果。可以通過(guò)在設(shè)備1的運(yùn)動(dòng)和相關(guān)的視覺(jué)反饋之間創(chuàng)建人為的差異來(lái)增加摩擦感。

圖7示出了根據(jù)本原理的示例性和非限制性實(shí)施例的例如利用手持設(shè)備1(即，利用設(shè)備1的捕獲模塊或利用作為獨(dú)立工具的捕獲模塊)來(lái)確定表示物體的第一表面的粗糙度的信息的方法。

在初始化步驟70期間，更新設(shè)備1的不同參數(shù)，特別是表示速度和/或施加在設(shè)備1上的壓力的參數(shù)。這些參數(shù)例如在設(shè)備1上電時(shí)或者在捕獲表示另一第一表面的粗糙度的信息時(shí)被初始化。

然后在步驟71期間，測(cè)量由用戶的手的至少一部分施加的壓力。有利地，沿著在第一表面上滑動(dòng)捕獲模塊時(shí)形成的路徑有規(guī)律地獲取不同的壓力值。根據(jù)變形，還捕獲手握住設(shè)備1的部分的壓力模式。

然后在步驟72期間，沿著在第一表面上滑動(dòng)捕獲模塊時(shí)形成的路徑來(lái)有規(guī)律地測(cè)量設(shè)備1的速度值。有利地以與測(cè)量壓力相同的速率同步地執(zhí)行對(duì)速度的測(cè)量。根據(jù)變形，以不同的速率和/或異步地執(zhí)行對(duì)速度的測(cè)量。根據(jù)該變形，可以通過(guò)內(nèi)插測(cè)量值來(lái)獲得附加的速度值，以恢復(fù)與測(cè)量到的壓力值的同步。根據(jù)另一示例，可以計(jì)算一段時(shí)間內(nèi)的平均壓力值以及相同時(shí)間間隔內(nèi)的平均速度值，然后使用這些平均值來(lái)確定表示粗糙度的信息。

然后，在步驟73期間，生成表示第一表面的粗糙度的信息，該信息作為沿著與第一表面上的設(shè)備1的滑動(dòng)接觸相對(duì)應(yīng)的路徑測(cè)量到的壓力和測(cè)量到的速度的函數(shù)。

根據(jù)可選的變形，針對(duì)第一表面上的不同滑動(dòng)路徑執(zhí)行測(cè)量壓力和速度的步驟，例如兩個(gè)正交的滑動(dòng)路徑。

圖8示出了根據(jù)本原理的示例性和非限制性實(shí)施例的例如利用手持設(shè)備1(即，用設(shè)備1的呈現(xiàn)模塊或用作為獨(dú)立工具的呈現(xiàn)模塊)來(lái)呈現(xiàn)表示物體的第一表面的粗糙度的信息的方法。

在初始化步驟80期間，更新設(shè)備1的不同參數(shù)，特別是表示速度和/或施加在設(shè)備1上的壓力的參數(shù)。這些參數(shù)例如在設(shè)備1上電時(shí)或者在呈現(xiàn)表示另一第一表面的粗糙度的信息時(shí)被初始化。

然后在步驟81期間，當(dāng)在與第一表面不同的第二表面上滑動(dòng)設(shè)備1時(shí)，測(cè)量由用戶的手的至少一部分施加的壓力。有利地，沿著在第二表面上滑動(dòng)捕獲模塊時(shí)形成的路徑有規(guī)律地獲取不同的壓力值。根據(jù)變形，還捕獲手握住設(shè)備1的部分的壓力模式。

然后在步驟82期間，沿著在第二表面上滑動(dòng)設(shè)備1時(shí)形成的路徑來(lái)有規(guī)律地測(cè)量設(shè)備1的速度值。有利地以與測(cè)量壓力相同的速率同步地執(zhí)行對(duì)速度的測(cè)量。根據(jù)變型，以不同的速率和/或異步地執(zhí)行速度的測(cè)量。根據(jù)該變形，可以通過(guò)內(nèi)插測(cè)量值來(lái)獲得附加的速度值，以恢復(fù)與測(cè)量到的壓力值的同步。根據(jù)另一示例，可以計(jì)算一段時(shí)間內(nèi)的平均壓力值以及相同時(shí)間間隔內(nèi)的平均速度值，然后使用這些平均值來(lái)確定表示粗糙度的信息。

然后在步驟83期間，設(shè)備1在第二表面上滑動(dòng)運(yùn)動(dòng)期間設(shè)備1與第二表面接觸的部分的粗糙度被適配為在步驟81和82處測(cè)量的壓力和速度的函數(shù)以及例如針對(duì)圖6所描述的表示要呈現(xiàn)的第一表面的粗糙度的信息的函數(shù)。表示要呈現(xiàn)的第一表面的粗糙度的信息對(duì)應(yīng)于例如針對(duì)圖4、5和/或7所描述的利用設(shè)備1的捕獲模塊捕獲的信息。根據(jù)另一示例，表示要呈現(xiàn)的第一表面的粗糙度的信息對(duì)應(yīng)于由呈現(xiàn)模塊不同地獲取并(例如，經(jīng)由無(wú)線連接)接收的信息，該信息例如被存儲(chǔ)在與不同類型的第一表面相關(guān)聯(lián)的不同粗糙度信息的庫(kù)中。

自然地，本公開(kāi)不限于先前描述的實(shí)施例。

已經(jīng)描述了許多實(shí)現(xiàn)方式。然而，應(yīng)理解的是，可以進(jìn)行各種修改。例如，可以對(duì)不同實(shí)現(xiàn)方式的元素進(jìn)行組合、補(bǔ)充、修改或移除以產(chǎn)生其他實(shí)現(xiàn)方式。此外，本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的是，其他結(jié)構(gòu)和過(guò)程可以替代所公開(kāi)的結(jié)構(gòu)和過(guò)程，并且所得到的實(shí)現(xiàn)方式將以至少基本上相同的(一個(gè)或多個(gè))方式執(zhí)行至少基本上相同的(一個(gè)或多個(gè))功能，以實(shí)現(xiàn)至少與所公開(kāi)的實(shí)施方式基本相同的(一個(gè)或多個(gè))結(jié)果。因此，本申請(qǐng)考慮了這些和其它實(shí)現(xiàn)方式。