触觉再现技术是一种人机交互的前沿技术,能提供给人更加真实的沉浸感,可广泛应用于教育教学、商业展示、医学治疗和益智娱乐等领域。利用裸指触摸移动终端屏幕来真实自然地感知被显示物体属性,实现丰富逼真的触觉再现,是数字化移动终端发展所追求的理想目标。但目前在移动终端上难以实现精细的、大面积的、可与触摸屏协同工作的触觉再现。静电力触觉再现技术被认为是移动终端实现触觉再现的主要方式之一。本文主要解决静电力触觉再现技术在移动终端上的集成应用问题,开发具有触觉再现功能的移动终端原理样机,为研制具备触觉再现功能的数字化移动终端产品提供技术参考。本文的主要工作内容如下:(1)研究静电力触觉再现技术的基本原理,建立静电力触觉再现过程中的力学模型,分析人体手指皮肤的触觉生理特性,根据静电力触觉再现的实现机理,设计静电力触觉再现移动终端的整体结构。(2)设计基于Android平台的静电力触觉再现移动终端硬件架构,设计ARM核心处理单元,集成触觉交互单元、手指定位装置、触觉激励信号生成器和摄像头采集单元等装置,并设计移动终端供电电路,搭建出完整的静电力触觉再现移动终端。(3)构建基于Android平台的静电力触觉再现移动终端软件系统,搭建Android系统软件开发环境,开发Android系统下手指定位装置、触觉激励信号生成器、摄像头采集单元等装置与核心处理单元的底层接口驱动,设计Android系统下静电力触觉再现应用软件的开发框架。(4)针对触觉再现技术在移动终端上的实用化需求,通过实验探索静电力触觉激励信号参量的人体触觉感知特性,研究针对图像和视频的静电力触觉特征提取算法,建立视觉信息与触觉信息转化映射模型,设计面向静态图像、动态视频和触控操作等静电力触觉再现技术在移动终端上的应用范例。为验证本文所开发的静电力触觉再现移动终端功能的有效性,在静电力触觉再现移动终端上开展了针对图像、视频、触控操作等一系列触觉感知实验,实验结果表明,静电力触觉再现移动终端可以实现对图像形状轮廓、动态视频内容以及触控操作的触觉感知与反馈,达到了良好的触觉再现效果。本文的主要贡献和创新包括:(1)开发了完整的基于Android平台的静电力触觉再现移动终端原理样机,为研制具备触觉再现功能的数字化移动终端产品提供技术参考。(2)设计并实现了面向静态图像、动态视频和触控操作等静电力触觉再现在移动终端上的应用范例,为触觉再现移动终端的推广提供应用示范参考。(3)提出了基于像素点的动态实时视频触觉再现渲染方法,采用HSI颜色模型映射激励信号的幅度和频率参量实现对动态彩色视频信息的触觉再现。本文从基本理论、硬件装置、软件驱动、功能应用等多个方面对静电力触觉再现移动终端进行探索研究,为静电力触觉再现的进一步发展提供技术参考。