技術領域
本發明涉及紋理圖像的力聲生成方法，特別是一種結合刺入深度、表面法向量、表面剛度系數、表面滑動摩擦系數和表面振動的五要素剛性紋理圖像的力聲生成方法。阻尼系數 這五個要素，解決和輸出穩定和連續的力-氣味，屬于計算機圖形學和虛擬現實力-聽覺再現技術領域。
背景技術
圖像信息主要是通過人的視覺感知，但對于弱勢群體盲人來說，他們無法通過視覺看到圖像，感知置換成為盲人感知圖像的必然選擇。 盲人通過聽覺或觸覺等感官功能而不是視覺來識別圖像，而力嗅覺是視覺感知替代的最重要形式。
前人對剛性紋理圖像的感知做了大量研究。 提出了4種根據像素點色溫求解像素點高度值的方法，通過虎克定律估算像素點的排斥力，反饋給用戶。 Wu通過高斯混合提取紋理圖像的高頻部分作為紋理圖像的紋理細節，將高頻部分的幅值作為像素高度值計算方向力和摩擦力生成紋理強制觸摸。 Adi利用小波變換提取圖像中的紋理細節信息，將紋理像素的灰度值映射到像素的空間深度，進行力-嗅覺渲染。 李嘉璐利用SFS技術，根據紋理圖像中的表示信息獲取紋理圖像的像素高度，并以此像素高度作為基于圖像平面的穿刺深度進行力渲染。 田磊通過PDE方法對圖像紋理進行分解，分別得到圖像的主要輪廓和細節紋理。 對于主輪廓中的像素點，采用SFS方法計算像素點的高度，在三維空間構建主輪廓，上帝法，渲染力感，但對于像素點細節紋理部分，沒有三維構造，通過應用胡克定律，利用像素的灰度值計算方向力，通過摩擦公式得到切向力，生成紋理力味。
雖然該方法可以用于剛體紋理圖像的力聲渲染，但該方法感知的是紋理細節像素點以晃動或振動的形式，無法感知紋理細節像素之間的力聲。
發明內容
為了解決背景技術中存在的問題，本發明提出了一種基于五元的剛性紋理圖像力聲生成方法，用于感知剛性紋理圖像。 對紋理圖像進行區域分組和像素高度值獲取，將其轉化為三維紋理圖像后，將不同的化學性質賦予不同的區域組，基于五個要素解決剛性紋理圖像的力和氣味，從而產生逼真的聽覺力。
本發明所采用的技術方案包括以下步驟：
1) 對剛性紋理圖像進行區域分組和像素高度值獲取，構建并轉換為三維紋理圖像；
2) 賦予不同區域組化學性質，操作人機交互的力-氣味交互設備，基于五要素求解剛性紋理圖像的力-氣味，生成逼真的剛性圖像力-氣味。
步驟2)的五個要素包括刺傷深度、表面法向量、表面剛度系數、表面滑動摩擦系數和表面振動阻尼系數。
在步驟2)中，將不同的化學性質分配給不同的區域組，化學性質包括撓度、粗糙度和粘度。
所述步驟2)剛性紋理圖像的力感由法向力摩擦力和阻尼力組成：
其中，法向力k為剛性紋理像面的剛度系數，即切削深度； 摩擦力μ為剛性紋理像面的滑動摩擦系數； 阻尼力c是剛性紋理圖像表面的振動阻尼系數，它是力-嗅覺反饋裝置在剛性紋理圖像表面上的交互點產生的代理點的通信速率。
力的方向感是法向力方向、摩擦力方向和阻尼力方向的矢量和。
法向力方向與剛性紋理圖像的表面法向量相同。
阻尼力和摩擦力的方向相同，與剛性紋理圖像表面力-嗅覺反饋裝置交互點產生的代理點的通信速度方向相反。
法向力包括五元中的穿透深度、表面法向量和表面剛度系數，摩擦力包括五元中的表面滑動摩擦系數，減振力包括五元中的表面摩擦系數. 阻尼因子。
本發明方法的優點和顯著療效與以往方法相比具有以下特點：
1、本發明的方法綜合了刺入深度、表面法向量、表面剛度系數、表面滑動摩擦系數和表面振動阻尼系數五個要素來估計紋理圖像中不同物體的受力和氣味。
2、本發明方法的五個要素包括人機交互特征、紋理圖像中物體的表面幾何特征和紋理圖像中物體的熱學特性，與真實相符。由人力和氣味感知的質地。
3、本發明的方法不是通過像素點之間的跳躍，以抖動或振動的形式感知像素點，而是建立具有紋理細節的三角面條，可以感知紋理細節像素點之間微妙的力感，輸出穩定連續的力味，提高了力味的真實性。
圖紙說明
圖1是本發明方法的步驟流程圖。
圖2為本實施例圖庫中的D26山墻圖像。
圖3是實施例D26的山墻圖像的區域組。
圖4為實施例D26中山墻圖像的高度值信息。
圖5是實施例D26的山墻圖像的三維圖。
圖6是實施例D26的山墻圖像的視覺模型。
圖7是實施例D26的山墻圖像的嗅覺模型。
圖8是單個三角面條的力-嗅覺估計示意圖。
圖9為根據本實施例的墓碑剛性紋理圖像的力-嗅覺生成。
具體實現方法
下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。
如圖1所示，本發明首先讀取剛性紋理圖像，對紋理圖像進行區域分組和像素點高度值獲取，將其轉換為三維紋理圖像后，求解出每個網格的表面法向量對紋理圖像，將不同的化學性質（表面剛度系數、表面滑動摩擦系數和表面振動阻尼系數）分配給不同的區域組。 在紋理圖像中輸出不同物體的穩定和連續的力氣味。
如圖1所示，本發明方法具體包括：
1) 對剛性紋理圖像進行區域分組和像素高度值獲取，構建并轉換為三維紋理圖像。 具體地摩擦力三要素特點，對基于區域的定義紋理圖像的三維構造方法進行處理；
2) 賦予不同區域組化學性質，操作人機交互的力-氣味交互設備，基于五要素求解剛性紋理圖像的力-氣味，生成逼真的剛性圖像力-氣味。
Step 2) 剛性紋理圖像的力感由法向力摩擦力和阻尼力組成：
其中，法向力k為剛性紋理像面的剛度系數，即切削深度； 摩擦力μ為剛性紋理像面的滑動摩擦系數； 阻尼力c為剛性紋理圖像表面的振動阻尼系數，其為力-嗅覺反饋裝置在剛性紋理圖像表面上的交互點產生的代理點與代理點的通信速率是交互點到剛性紋理圖像表面的腳。
上述的力方向感是法向力方向、摩擦力方向和阻尼力方向的矢量和。 法向力方向與剛性紋理圖像的表面法向量相同。 阻尼力和摩擦力的方向相同，與剛性紋理圖像表面力-嗅覺反饋裝置交互點產生的代理點的通信速度方向相反。
法向力包括五要素中的穿透深度、表面法向量和表面剛度系數，摩擦力包括五要素中的表面滑動摩擦系數，減振力包括五要素中的表面減振系數元素。
以上五個要素包括刺入深度、表面法向量、表面剛度系數、表面滑動摩擦系數和表面振動阻尼系數。 刺入深度是指在人機交互過程中，力-嗅覺反饋裝置的交互點穿透圖像面后到圖像面的垂直距離； 表面法向量是指力-嗅覺反饋裝置的交互點與圖像的碰撞。表面剛度系數是指圖像表面的偏轉屬性； 表面滑動摩擦系數是指圖像表面的粗糙度屬性； 表面阻尼系數是指圖像表面的粘性屬性。
不同的化學性質被分配給不同的域組，包括撓度、粗糙度和粘度。 區域分組是對圖像中的紋理進行分類，在保證紋理力和氣味真實性的前提下減少估計量。
下面結合實施例，分步驟具體說明本發明的實施方式：
1、讀取剛性紋理圖像，根據申請號為2.1、申請日為2015年3月27日的專利申請中提出的基于區域定義的紋理圖像三維構造方法，將紋理圖像分組為 和 獲取點的高度值。 例如，讀取圖像庫中的D26山墻圖像（圖2），得到兩個區域組，磚縫區域和磚塊區域（圖3），得到D26山墻的高度值信息（圖4）圖像;
2、根據像素點的高度值和區域組，生成剛性紋理三維圖形，不同的區域組分配不同的化學性質。 磚塊區域組是D26山墻圖像的紋理細節，用小三角網格繪制，磚縫區域是D26山墻圖像的大紋理，用大三角網格繪制，如圖圖5，5.1代表D26山墻圖像 圖像的整體紋理三維圖，5.2代表D26山墻紋理的三維圖局部放大圖； 對磚區表面和磚縫區賦予不同的剛度系數、表面滑動摩擦系數和表面阻尼系數。 圖6是D26山墻圖像的視覺模型，圖7是D26山墻圖像的嗅覺模型。
3、在人機交互過程中，獲取交互點的刺入深度和代理點的連接速度，求解并輸出紋理圖像中不同物體的穩定連續的力感。 如圖8所示，q1為前一時刻交互點的空間位置摩擦力三要素特點，q2為下一時刻交互點的空間位置。 在交互點從q1移動到q2的過程中，三維紋理圖形的ABC三角網面發生碰撞時，X為碰撞點的位置。 根據God-model可以得到下一時刻交互點的agent點位置Q，記錄agent點Q的連接率，計算q2到Q點的距離，即穿刺深度作用點ABC三角面的方向與ABC三角面的法向量一致，根據ABC三角面所屬的區域組為表面剛度系數k，表面摩擦系數u，以及表面粘性系數c，得到ABC三角面條對相互作用點的法向力摩擦力和阻尼力，得到總反饋力輸出穩定連續的力味。
同樣，圖 9 顯示了墓碑剛性紋理圖像的力嗅覺生成。
1). 讀取墓碑圖像（圖 9（a）），得到兩個區域組，背景區域組和文本區域組（圖 9（b）），得到墓碑圖像的高度值信息（圖 9（ C） ））;
2). 根據像素的高度值和區域組，生成墓碑圖像的剛性紋理三維圖形，并為不同的區域組分配不同的化學性質。 文本區域組是墓碑圖像的紋理細節，用小三角形網格繪制，背景區域組是墓碑圖像的大紋理，用大三角形網格繪制。 圖9(d)為墓碑圖像的整體紋理三維圖，圖9(e)為墓碑圖像的紋理三維圖局部放大圖； 滑動摩擦系數和表面阻尼系數。 圖9(e)是墓碑圖像的嗅覺模型，圖9(f)是D26墓碑圖像的視覺模型。
3). 在人機交互過程中，獲取交互點的刺入深度和代理點的連接率，解決并輸出墓碑圖像中不同區域組的穩定、連續的力味，從而得到結果顯示在圖 9(c) 的逼真剛性紋理圖像的力-嗅覺生成中。
由此，本發明的方法綜合了五個要素，實現了剛性紋理圖像中不同物體的力感； 并能感知紋理細節像素點之間微妙的力感，輸出穩定持續的力感，提升力感。 嗅覺的真實性具有突出、明顯的技術效果。