计算机触觉技术让虚拟世界从此可触摸专家访谈图.doc

计算机触觉技术让虚拟世界以后可触摸 教授访谈(图)

　　关键提醒
　　计算机触觉技术逐步走入我们生活, IBM（国际商业机器）企业甚至估计未来几年内, 将会把这项技术广泛应用到电脑上。比如在线购物时, 商家将使用触觉技术让用户提前“触摸”商品: 购物者在有衣物图像屏幕上滑动手指, 系统就能够模拟出衣物纹理, 使用户感受到商品质地。这将会为我们生活带来很多方便。计算机触觉技术是怎样让我们坐在家里就能“触摸”世界？这项技术将在哪些领域得到应用？未来会朝着什么样方向发展？
　　在中国人心中, 每年中央电视台春节联欢晚会都是一桌充满话题文化 “年夜饭”, 春晚应用新科技也会成为大家谈论焦点。今年春晚利用电脑模拟制造视觉效果, 让不少观众眼前一亮, 计算机增强现实技术就此成为科技迷关注热点。增强现实技术实际上是一个借由计算机制造出一个虚拟世界, 让使用者取得身临其境感觉新技术, 视觉增强只是其中一个分支。很快, 包含视觉、 听觉、 味觉、 嗅觉在内多感官模拟技术, 也将成为未来计算机发展关键方向。今天我们请教授谈一谈上述感官模拟技术中最为令人惊奇计算机触觉技术。
　　计算机触觉交互技术可实现“隔空”探物
　　辽宁日报: 王教授, 计算机触觉技术都能模拟哪些感觉体验？
　　王党校: 计算机触觉或称触（力）觉交互技术, 能够使操作者经过运动或力等形式感知虚拟环境中物体粗糙度、 纹理、 温度、 振动和刚度、 硬度、 重量以及操作力等丰富外界环境信息, 从而使操作者体验到如同操作真实物体触（力）觉感知效果。
辽宁日报: 您能具体介绍一下这项技术工作原理吗？
　　王党校: 好。计算机触觉系统由触（力）觉反馈设备、 虚拟交互环境以及操作者组成。操作者直接操作触（力）觉反馈设备, 虚拟交互环境依据映射操作者运动信息（如位置、 速度）以及虚拟交互场景进行碰撞检测和触（力）觉渲染等计算, 触（力）觉反馈设备将渲染反馈力施加或作用于操作者。
　　总体说来, 发明触觉系统有多个方法。即使它们看上去可能差异很大, 不过大都有两个非常关键共同点——当操纵者虚拟形象与物体发生交互作用时决定力度大小软件, 以及能够将作用力反馈给操纵者设备。软件进行运算过程被称作触觉再现。比如, 能够用多面体模型来模拟虚拟世界中物体, 这些三维模型能够正确刻画出很多形状, 也能够经过模拟作用力与物体不一样面接触效果, 来计算触摸数据。这种三维物体能够模拟出各类表面材质, 上面提到网购时, 用户可“隔空”感受衣服质地应用就是这种原理。
　　辽宁日报: 从能够提供反馈信息、 能够与人互动这个角度来看, 计算机触觉设备很像是一个机器人。
　　王党校: 确实是这么。计算机触觉技术是机器人科学技术中关键分支。计算机将人类脑力加以延伸, 互联网使人类交流打破了空间界限, 机器人将“延长”人类手, 使人类体力超越空间界限。伴随机器人技术发展, 多种领域中机器人将成为人类帮手和“代理”, 机器人和互联网结合使得人类脑力和体力得到空前增加, 必将大大提升人类生产效率和生活质量。
　　应用领域十分广泛未来生活无“触”不在
　　辽宁日报: 计算机触觉技术包含信息是否能够像视频音频文件一样, 被我们下载使用？
　　王党校: 这应该是不难做到。在我参与IEEE触（力）觉研讨会上, 很多外国研究人员已经基于录制播放思想研究出了部分设备。比如科学家玛格丽特·玛吉奥等人研制了视觉听觉触觉联合训练系统, 用来培训医学院学生进行牙齿龋坏组织感受体验。这种系统, 在一个改善牙科探针上安装了一个小型振动传感器和振动电机。在录制阶段, 首先由医生用探针探诊牙齿龋坏组织和刮磨龋齿表面等操作, 经过振动传感器统计探针振动信号, 经过麦克风和摄像头同时统计声音和操作过程。在播放阶段, 学生手持探针, 能够同时取得视觉听觉触觉反馈, 从而更直观地体会牙齿龋坏组织操作感受。假如稍加整合加工, 将视觉听觉触觉信息数据发到网上, 那么人人都能够下载使用这么资源。
　　辽宁日报: 想必计算机触觉技术未来会在生活中得到广泛使用。然而我们更关心是它最近应用都有哪些, 您能为我们介绍一下吗？
　　王党校: 计算机触觉技术与计算机图形学、 触觉心理学和机器人技术亲密相关。现在, 计算机触觉技术研究和应用领域关键集中在: 手术模拟、 机器人主从控制、 产品虚拟样机设计、 游戏和娱乐、 科学计算可视化等。
辽宁日报: 请您具体谈一谈。
　　王党校: 好。这项技术应用于医疗领域, 能够构建虚拟现实手术模拟和培训系统, 从而提升手术培训逼真度和降低成本。实际上, 世界上很多国家大学、 研究所都已经从不一样角度开展了其在医学领域研究。比如, 加州大学伯克利分校研究人员开发出了一个新触觉虚拟现实系统, 模拟工具与软组织交互手术过程, 而且作为操作接口控制手术机器人实现微创手术。
　　这项技术还能够被应用于机器人系统主从操作和遥操作, 给位于异地操作者提供力觉信息, 模拟其临场操作触觉感知, 以提升操作质量和效率。美国国家航空航天局、 德国宇航局等单位已经将它应用在机器人遥操作中, 辅助操作人员愈加好地完成艰巨科学任务。
　　另外, 国外部分企业还依据计算机触觉技术开发了辅助艺术家进行虚拟雕刻设备。波音企业在飞机数字化设计过程中, 采取力觉显示模拟座舱内操作设备碰撞检测和操作友好性测试。有企业还开发出了力反馈鼠标和力反馈数据手套, 能够方便地集成到游戏软件中, 为增强游戏逼真度和趣味性提供了极富潜力路径。
　　计算机触觉技术发展促进人类愈加了解自己
　　辽宁日报: 现在计算机触觉技术有哪些研究热点？
　　王党校: 情感计算与触（力）觉交互结合将会是未来几年研究热点之一。新加坡国立大学教授研制触（力）觉夹克能够用来实现远程交流中拥抱式触（力）觉反馈。这种夹克由多个独立气动模块控制, 经过充气和排气模拟人体拥抱感受。我们能够想象很快后大家不光能够在线视频, 还能够在线拥抱。能够取得远方亲人热情拥抱, 对于那些远离亲人用户, 将是多么大情感慰藉。
　　宠物是人类好好友, 能够帮助人驱散孤独。所以有些人发明了一个含有触觉感知能力机器宠物, 它能够经过传感器感知人触摸, 并能够经过身体起伏模拟呼吸和表示情绪。假如有这么一个宠物实现人和机器动物之间基于触觉感情交流, 那么很多人焦虑情绪将得到缓解。
　　另外, 触（力）觉人机交互、 触（力）觉录制播放等都将形成研究热点。
　　辽宁日报: 您能为我们估计一下这项技术未来整体方向吗？
　　王党校: 计算机触觉技术是新一代人和计算机交互关键技术。计算机从问世以来, 一直朝着便利于人类使用方向发展。从纸带输入、 键盘输入到广泛使用鼠标输入, 人机交互朝着自然、 高效方向发展。目前技术下使计算机变得更有效瓶颈不在于计算速度和图像显示, 而在于和人交互信息带宽, 这只能经过优异人机接口来实现。未来计算机除了GUI（图形用户界面）, 还会产生HUI（触觉用户界面）、 语音输入、 眼动输入等。HUI不一样于GUI等传统人机交互方法特点是人机之间不再是人-机信息单向流动, 而是双向流动过程。使用者将真正体会到和虚拟世界交互。所以力觉和触觉反馈研究必将促进计算机体系结构和硬件、 软件技术发展。
　从另外一个角度讲, 这项技术包含机器人学、 虚拟现实、 计算机图形学、 人类生理学和心理学等学科知识。要真实模拟人所感受力和触觉, 必需了解人类触觉和力觉感受机理。人运动空间、 身体各部分所能感受力和力矩范围和分辨率、 人对于不一样性质力信号感知能力差异、 人心理原因等都是与力觉和触觉反馈亲密相关问题。所以力觉和触觉反馈研究必将促进对于人类本身认识和了解。
　　■采访感言
　　广告中常常提到 “科技以人为本”这句话。确实, 每一项科学技术产生原动力都是为了满足人类需求, 方便人类生活。然而从另外一个角度看, 每当大家取得某项技术阶段性进步时候, 却一样也是这项技术再次向人类提出更深刻问题时刻。正如计算机触觉技术发展, 将为我们未来生活带来极大方便, 同时它也要求我们不停挖掘人类本身触觉和力觉感受机理, 敦促人类继续不停深入探求“我是谁？ ”这一问题答案。
　　教授档案
　　王党校 博士。北京航空航天大学虚拟现实技术与系统国家关键试验室和机器人研究所副教授。中国计算机学会会员, IEEE （美国电气和电子工程师协会）高级会员, IEEE机器人学会触觉技术专业委员会副主席, 北京市科技新星。主持国家自然科学基金 “基于双模式触觉交互灵巧动作技能训练方法研究”、 国家863计划 “面向手眼协调操作触（力）觉合成和视觉-力觉融合再现技术”等多项科研项目。关键研究领域为计算机触觉、 虚拟现实技术、 智能机器人技术。

行业概况:
北京傲唯刃道科技有限企业甘健先生认为: 供求关系是一个行业能否快速发展前提。现在来看, 市场需求是很大, 而供给方面却略显不足, 尤其是拥相关键知识产权, 专利产品及服务质量过硬企业并不多, 行业整体缺乏品牌效应。在需求旺盛阶段, 行业需求巨大, 发展前景好, 这是毋庸置疑。但怎样保持行业健康, 稳定且可连续发展, 需要业内企业共同努力, 尤其需要发挥吃毛求疵研发精神, 深入提升研发技艺, 降低成本, 真正处理用户实际困难, 严把质量关, 提供最可靠产品及服务。目前, 北京傲唯刃道科技有限企业比较关注领域包含: （AR、 增强现实、 VR、 虚拟现实、 多点触摸、 多点触控、 云技术、 云端、 云智慧、 数字沙盘、 电子沙盘、 数字城市 、 数字小区、 数码城市 、 智慧城市、 互联网城市 、 数字地产、 虚拟旅游、 数字旅游、 汽车仿真 、 军事仿真、 多媒体沙盘、 互动沙盘、 数字家庭、 数字农业、 数字地球、 数字校园、 地理信息系统、 城市作息化、 Ipad售楼、 边缘融合、 三维数字仿真、 全息技术、 数字模型、 环幕投影、 虚拟楼盘、 文物古物复原、 展品复原 、 电子翻书 、 虚拟仿真、 建筑动画、 三维图形、 企业宣传片、 仿真技术、 立体投影、 影视动画、 非线性编辑、 电脑动画、 数字媒体 、 虚拟制造、 视景仿真、 人工智能、 虚拟世界 、 产品动画、 虚拟小区 、 增强实境、 体感游戏、 体感手机 、 、 体感运动机、 体感技术、 体感控制 、 数字互动媒体、 人机交互等）