楊文珍 吳新麗 余 嶺 祝盼飛
浙江理工大學,杭州,310018
基于視嗅覺認知的虛擬嗅覺生成裝置
楊文珍吳新麗余嶺祝盼飛
浙江理工大學,杭州,310018
研發(fā)了一種基于視嗅覺認知的虛擬嗅覺生成裝置,可用于虛擬環(huán)境中視嗅覺融合認知的人機交互,該裝置由機械本體及其控制系統(tǒng)組成,可單獨或同時輸出3種氣味。首先,分析按壓氣味瓶所需的作用力,設計定量送氣機構,并研制裝置的機械本體;然后,依據(jù)裝置的驅動部件和視嗅覺交互界面,開發(fā)基于串口通信的控制系統(tǒng)。初步實驗結果表明,所研制的虛擬嗅覺生成裝置在響應時間和控制精度等方面都能滿足用戶需求,可為虛擬環(huán)境提供逼真的視嗅覺感知。
虛擬嗅覺;氣味生成裝置;視嗅覺融合;人機交互
虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的嗅覺感知是讓用戶在虛擬的環(huán)境里聞到真實的氣味[1]。在虛擬環(huán)境中,視覺、聽覺、觸覺和力覺都無法替代嗅覺的作用,嗅覺感知是虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)不可或缺的重要組成部分[2]。目前,3D視覺感知和立體音效的聽覺感知已能滿足虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)的需求,觸力覺感知的研究也取得了較大進展,但嗅覺感知卻是虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)領域的研究難題,是虛擬現(xiàn)實研究領域的研究熱點[3-4]。
東京大學的Haruka等為了呈現(xiàn)氣流以及氣味的空間分布,設計了一套MSF混合感覺呈現(xiàn)器[5],氣味蒸汽通過管子和一個頭戴式耳機傳遞給用戶,該裝置能夠準確地產生氣味,并且迅速進行氣味切換,但是不能很好地控制流量。Kadowaki等[6]設計了一種卡基式的氣味發(fā)生器,該裝置可以避免機械裝置產生氣味時的噪聲影響。Trisenx公司在2003年發(fā)布了一種氣味包系統(tǒng)裝置,用戶可以用任意量的氣味來混合產生不同種類的新氣味,這款裝置的缺點在于不能在可視化的虛擬現(xiàn)實環(huán)境中把氣味直接呈現(xiàn)給用戶[7]。Hoshino等[8]設計了一套觸覺和嗅覺相結合的感知系統(tǒng),該裝置能夠設置噴發(fā)氣味的種類、噴發(fā)的持續(xù)時間和噴發(fā)強度,但是在氣味清除方面效果不夠理想。Ohtsu等[9-10]、Kadowaki等[11]研發(fā)了一種新型的噴墨式氣味呈現(xiàn)裝置,通過不斷地進行電子拋射在短時間內發(fā)出一種氣味,使得系統(tǒng)能夠分析傳送的氣味并顯示出作為氣味元素在混合物中的比例。該裝置的缺點是不能控制氣味的輸出量。Ariyakul等[12]研發(fā)了一款新型的虛擬嗅覺氣味呈現(xiàn)裝置,它使用嗅覺傳感系統(tǒng)來確定氣味,并通過網(wǎng)絡將氣味信息傳送到遠處,然后用氣味發(fā)生裝置將氣味信息轉化為真實的氣味。孟憲宇等[13]研究并實現(xiàn)了一種人工魚的虛擬嗅覺系統(tǒng)。劉振宇等[14]研究了人工嗅覺在物質識別中的應用,對一些表現(xiàn)出香氣的物質進行了定性識別,對不同濃度的物質進行了定量判斷。
綜上所述,目前傳統(tǒng)的虛擬嗅覺氣味生成裝置結構簡單、便于操作,但是在氣味濃度、氣味散發(fā)速度方面,傳統(tǒng)裝置只注重了氣味的散發(fā),只要用戶能夠聞到氣味即可,并沒有在量和度上進行深究,并且大多數(shù)裝置都只考慮了嗅覺感知這方面。本文研發(fā)了一種基于視嗅覺認知的虛擬嗅覺生成裝置,它可在虛擬環(huán)境中讓用戶看到圖片的時候,定量、定向地發(fā)生相應種類的氣味,該裝置在響應時間和控制精度等方面都能滿足用戶需求,可用于虛擬環(huán)境中的視嗅覺認知交互實驗。
1.1整體結構
虛擬嗅覺氣味生成裝置主要由定向送氣機構、定量排氣結構和支撐外殼結構組成,如圖1所示。定向送氣機構和定量排氣機構分別安裝在外殼上;定量排氣機構通過步進電機帶動絲杠直線運動,按壓氣味瓶,定量噴出氣味;定向送氣機構通過風扇轉動把氣味沿外殼的送氣管吹出。裝置通過步進電機帶動絲杠直線運動,按壓氣味瓶可以實現(xiàn)氣味的定量輸出,通過定向送氣機構可以實現(xiàn)氣味的定向輸出,此裝置可以實現(xiàn)三種氣味的生成和傳輸,為虛擬現(xiàn)實嗅覺感知的人機交互提供硬件支持。

1.墊腳 2.定向送氣機構 3.支撐外殼結構4.絲杠螺母同步裝置 5.定量排氣機構 6.氣味瓶調節(jié)件圖1 虛擬嗅覺氣味生成裝置模型
1.2定量送氣機構的傳動設計
1.2.1手指按壓力測量
根據(jù)氣味噴出要求,利用美國Tekscan公司開發(fā)研制的握力壓力分布測量系統(tǒng)測量出噴發(fā)氣味時所需要的按壓力,用大拇指進行按壓實驗,測出按壓時所需的壓力和時間分布圖。在氣味瓶噴發(fā)氣味的過程中,瞬時壓力達到8.64 N,考慮到其他不確定因素,本文取壓力值F1=9 N。
1.2.2步進電機選型
根據(jù)測量出的瞬時壓力以及下壓件和螺母的重量G,絲杠螺母同步裝置和步進電機安裝支架的摩擦力f,計算出步進電機在下壓氣味瓶時所需要的最大輸出力矩M。
在摩擦力無偏載的情況下,螺母軸向傳動力F與力矩M的關系如下:
F=2πM η/S
(1)
式中,S為絲杠導程,取0.008m;η為絲杠傳動效率,查表得0.3~0.6,取0.6,這樣能夠保證在輸出力矩最小的情況下滿足要求。
當步進電機帶動下壓件下壓噴發(fā)香味時,需要的輸出力矩最大,此時合力F為
F=F1+f-G
(2)
f=μ FN
(3)
FN=mr ω2
(4)
式中,G為螺母和下壓件的重力,約為0.98N;f為絲杠螺母同步裝置和步進電機安裝支架的摩擦力;μ為絲杠螺母同步裝置和步進電機安裝支架的摩擦因數(shù)(鋼和木材),查表為0.15~0.25,取0.25;FN為絲杠螺母同步裝置和步進電機安裝支架的正壓力;m為螺母和下壓件的質量,取0.1kg;r為下壓件中心到絲杠螺母同步裝置和步進電機安裝支架的接觸點距離,經(jīng)測量為36mm;ω為電機軸的角速度,取94.2rad/s。
將選定參數(shù)值代入式(3)和式(4),求得f=7.99N。將f值以及按壓氣味瓶壓力值F1代入式(2),得到F=16.01N。將F代入式(1),求得M=0.034N·m。因此,理論上電機要輸出0.034N·m的力矩,才能讓氣味瓶噴發(fā)氣味。
步進電機主要包括反應式步進電機、永磁式步進電機和混合式步進電機三種。根據(jù)電機輸出轉矩的校核以及幾種步進電機優(yōu)缺點的比較,本文選用混合式步進電機,其型號為42HD0401,同時根據(jù)電機的尺寸選用了步進電機固定支座,在其額定條件下功率與輸出力矩的關系為
P=UI=2πnM/60
(5)
當轉速n取900r/min時,可求得其輸出力矩M=0.20N·m,能滿足氣味瓶噴發(fā)氣味所需的壓力要求。
1.2.3電機行程的確定
利用絲杠螺母傳動將步進電機的旋轉運動轉化為下壓件的直線運動,從而達到下壓件按壓氣味瓶噴發(fā)氣味的目的,下壓件和絲杠固定為一個整體,絲杠螺母在電機軸上運動。通過單片機對步進電機的轉速、正反轉等進行精確控制,從而實現(xiàn)對下壓件上下行程的精確控制。
根據(jù)設定的轉動時間,計算出絲杠螺母運動的理論行程l和所產生的脈沖數(shù):
l=QS
(6)
S=hP
(7)
Q=KΔ/360°
(8)
H=d/T
(9)
其中,S為絲杠導程;Q為所需轉動的圈數(shù);h為線數(shù),取h=4;P為螺距,取P=2mm;H為所產生的脈沖數(shù);Δ為步進電機的步矩角,取Δ=1.8°;d為設定的時間,取d=1s;T為設定的脈沖產生周期,取T=3.2×10-4s。
將上述數(shù)據(jù)代入到式(7)中,計算得S=8mm;將數(shù)據(jù)代入式(8)、式(9),計算得Q=15.625;代入式(6)中,計算得l=125 mm。
1.3物理樣機的制作
將下壓件、螺母、螺母防失步構件以及步進電機等通過螺釘?shù)冗B接方式安裝到各自的位置,完成虛擬嗅覺氣味生成裝置的機械結構部分的裝配,如圖2所示。

圖2 虛擬嗅覺氣味生成裝置的物理樣機
為實現(xiàn)虛擬嗅覺氣味生成裝置原型樣機的定量排氣、定量送氣等功能,本節(jié)進行基于視覺認知虛擬嗅覺氣味生成裝置總體設計。如圖3所示,設計可分為兩個階段,一是預處理階段,顯示輸出的圖片的導入、連接端口的設置;二是虛擬嗅覺氣味生成裝置的在線仿真階段,包括PC端交互、視覺輸出、嗅覺氣味輸出。在該系統(tǒng)中預處理是仿真的基礎,在線仿真是虛擬嗅覺仿真系統(tǒng)的核心。

圖3 基于視嗅覺認知的虛擬嗅覺生成裝置基本框架
2.1控制系統(tǒng)構成
采用基于URAT的串口通信,PC機自動給單片機發(fā)送一組控制數(shù)據(jù),單片機接收控制數(shù)據(jù),控制相應步進電機的旋轉,從而實現(xiàn)虛擬嗅覺氣味生成裝置中香味的噴發(fā),實現(xiàn)PC機與主控制器的URAT串口通信以及由PC機控制虛擬嗅覺氣味生成裝置香味的噴發(fā)。系統(tǒng)控制流程如圖4所示。

圖4 虛擬嗅覺氣味生成裝置控制系統(tǒng)控制流程
2.2基于LabVIEW的串口通信
為了實現(xiàn)PC機與主控制器的串口通信,在LabVIEW軟件環(huán)境下進行PC端程序的開發(fā)。串口通信函數(shù)主要包括配置串口、VISA寫入、VISA讀取和VISA串口字節(jié)數(shù)屬性、VISA設置I/O緩沖區(qū)函數(shù)、VISA關閉函數(shù)等[15]。首先,將串口配置為:波特率9600 bit/s,檢驗方式none,停止位10,超時時間10 s,終止符0Xa,啟用終止符布爾運算。接著,調用VISA寫入函數(shù)。在VISA寫入函數(shù)中,設定寫入的內容以及寫入的條件等。通過按鍵觸發(fā)的方式來寫入需要發(fā)送的字符串,即當鼠標點擊按鍵時,VISA寫入函數(shù)將寫入的內容發(fā)送給數(shù)據(jù)緩沖區(qū),等待主控制器的接收。最后,調用VISA關閉函數(shù),結束串口通信。
2.2.1傳送的數(shù)據(jù)格式
異步通信方式中完整的字符包括起始位、數(shù)據(jù)位、奇偶校驗位和停止位,在程序中根據(jù)通信協(xié)議設置起始位、數(shù)據(jù)位、奇偶校驗位以及停止位。本文中程序起始位為0位,數(shù)據(jù)位為8位,無奇偶校驗位,停止位為1位。
2.2.2波特率的確定
主控制器C8051F340提供了兩個具有擴展波特率配置的全雙工UART,分別為UART0和UART1。本文采用UART0作為PC機與主控制器的串口通信接口。UART0波特率由定時器1工作在8位自動重裝載方式產生。本文通過配置接收時鐘RX對數(shù)據(jù)進行接收,查C8051F340數(shù)據(jù)手冊,可以得到UART0的波特率如下:
(10)
其中,T1CLK為定時器T1的時鐘頻率;T1H為定時器1的高字節(jié)(重載值),查波特率配置標準表得T1H為0X64,T1CLK為3 MHz,將定時器1的高字節(jié)轉化為十進制數(shù)值代入到式(10)中求得傳輸?shù)牟ㄌ芈蕿?615 bit/s,取9600 bit/s。
2.3基于視嗅覺認知的虛擬嗅覺交互界面設計
PC端起始交互界面如圖5所示,此時電機未啟動。當點擊蘋果按鈕時,電機2開始轉動,擠壓香水瓶噴出相應氣味。其他如柑橘、水蜜桃等按鍵功能類似。當點擊關按鈕時,此時電機停止轉動,不再噴出氣味。

圖5 交互界面
2.4系統(tǒng)調試
在PC機上使用串口調試助手實現(xiàn)PC機與控制板之間的通信,發(fā)送的數(shù)據(jù)包包括3個步進電機的數(shù)據(jù)以及校驗碼。3個步進電機的數(shù)據(jù)根據(jù)虛擬嗅覺氣味生成裝置中下壓件的動作自定義,然后將3個步進電機的數(shù)據(jù)經(jīng)CRC16校驗軟件計算得到校驗碼,并附加在3個電機數(shù)據(jù)的末尾,使其符合通信協(xié)議,通過串口調試助手將數(shù)據(jù)發(fā)送給控制電路板。通過PC機的控制,波特率設置為9600 bit/s,無奇偶校驗位,數(shù)據(jù)位為8位,停止位為1位,在發(fā)送區(qū)內輸入關于虛擬嗅覺氣味生成裝置的運動數(shù)據(jù)包,因通信協(xié)議為十六進制數(shù)據(jù),所以在點擊發(fā)送前先選擇發(fā)送格式,再通過點擊手動發(fā)送來實現(xiàn)虛擬嗅覺氣味生成裝置的運行。
3.1響應時間
系統(tǒng)響應時間是指輸入信號狀態(tài)變化時刻到由此而使輸出信號狀態(tài)發(fā)生變化時刻的間隔時間。本文所指的系統(tǒng)響應時間為點擊圖片到電機轉動開始噴發(fā)氣味之間的時間間隔,它包含了PC機系統(tǒng)響應時間、URAT串口通信時間和主控制器響應時間以及下壓件向下運行時間,文獻[16]研究成果表明系統(tǒng)響應時間在0.25 ~0.75 s范圍內,用戶感覺不到系統(tǒng)的延時,實時交互性好。
系統(tǒng)中程序執(zhí)行時間以及主控制器中程序執(zhí)行時間為微秒級,可以忽略不計。本文重點測量URAT串口通信時間t1和下壓件向下運行時間t2。精確測量的虛擬嗅覺氣味生成裝置的系統(tǒng)響應時間t由下式表示:
t=t1+t2
(11)
其中,t2在控制程序中設定為0.5 s。故本研究主要測量URAT串口通信時間t1。利用串口調試助手和示波器進行串口通信時間的測量。串口調試助手以一定的時間間隔(十六進制格式)的方式向主控制器發(fā)送數(shù)據(jù)。當主控制器接收到數(shù)據(jù)時,將某個I/O的電平拉高或拉低,從而產生一定脈沖寬度的脈沖波。利用示波器捕捉主控制器在I/O處產生的脈沖波,并顯示出來。通過測量示波器中單個波峰或者波谷的時間間距t4以及串口調試助手發(fā)送數(shù)據(jù)的間隔時間t3,可以計算出URAT串口通信時間t1=t4-t3。測量數(shù)據(jù)如表1所示。
在t3=10ms時,連續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù),生成的波形大小不一,不能作為測量標準,如圖6a所示。
在t3=30ms時,連續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù),生成的波形整體勻稱,但有個別突變現(xiàn)象,可以作為測量標準,如圖6b所示。
在t3=60ms時,連續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù),出來的波形穩(wěn)定且非常勻稱,可以作為測量標準,如圖6c所示。

表1 串口通信時間測試數(shù)據(jù)統(tǒng)計圖

(a)t3=10 ms(b)t3=30 ms

(c)t3=60 ms圖6 波形圖
由表4可知,URAT串口通信時間t1=10ms。將t1和t2的值代入到式(16)中,得虛擬嗅覺氣味生成裝置的系統(tǒng)響應時間為0.51 s。
因此,所研發(fā)的虛擬嗅覺氣味生成裝置的精確系統(tǒng)響應時間在0.25~0.75 s范圍內,能夠滿足實時交互的需求。
3.2絲杠螺母運動精度測量
本文利用絲杠螺母傳動機構將步進電機的旋轉運動轉化為下壓件的直線運動,從而達到下壓件按壓氣味瓶的目的。下壓件和絲杠螺母固定為一個整體,絲杠螺母在電機絲杠軸上運動。通過主控制器對步進電機的轉速、轉向等進行控制,從而實現(xiàn)對下壓件行程的精確控制。所以,對本文中絲杠螺母傳動機構運動精度進行測試是虛擬嗅覺氣味生成裝置性能評價的一個重要內容。
3.2.1實驗方法

圖7 絲杠螺母運動精度實驗原理
通過理論計算和實際測量的對比,進行絲杠螺母運動精度的測量。上文已經(jīng)根據(jù)脈沖產生的周期T、正負脈沖的持續(xù)時間(t1或t2),步進電機的步矩角Δ、絲杠螺母的螺距P等計算出螺母運動的速度v。規(guī)定正脈沖絲杠螺母向下運動,負脈沖絲杠螺母向上運動。其實驗原理如圖7所示。
3.2.2實驗步驟
(1)在虛擬嗅覺氣味生成裝置平臺上測出螺母的初始位置,即絲杠螺母上表面距離支撐外殼結構上表面的距離S1。
(2)給單片機上電,啟動電機,讓電機以確定的速度、確定的正負脈沖時間運行N(N=1,3,5,10)個周期。
(3)電機停止后,用游標卡尺測量螺母的上表面距離支撐外殼結構上表面的距離S2。
(4)將S2作為步驟(1)的初值。重復步驟(1)~步驟(3),累計記錄10組數(shù)據(jù)。
(5)改變N值,重復步驟(1)~步驟(4)。
設計N的取值,為了防止偶然誤差,其真實誤差K取為
K=S2-S1
(13)
3.2.3實驗數(shù)據(jù)及結果分析
根據(jù)N=1,3,5,10時的測量數(shù)據(jù),計算出絲杠螺母的運動誤差率如表2所示。

表2 絲杠螺母不同周期內運動誤差率表
將所得的K值繪制成K-i曲線圖(i為實驗次數(shù)),如圖8所示。誤差曲線在基準線附近-1.5~1.5 mm之間小幅度波動。從四個不同運動周期的誤差曲線可以看出,誤差一直處于正負波動狀態(tài),不存在累計誤差。由表2可知,運轉周期越長,其誤差率越小,即運動精度越高,故在設定絲杠螺母的運動周期時,在考慮到噴發(fā)次數(shù)的基礎上,盡量加大絲杠螺母的運動周期。

圖8 絲杠螺母移動誤差圖
由圖8可知,絲杠螺母的運動誤差在-1.5~1.5 mm之間,即其定位誤差在-1.50~1.50 mm之間。手動測量得可使氣味瓶噴發(fā)氣味的有效按壓區(qū)間為2.00~5.70 mm。故所測量的絲杠螺母的運動精度滿足虛擬嗅覺氣味生成裝置噴發(fā)出香味的要求。
氣味縈繞在人的周圍,提供了環(huán)境中各種物體化學組成的獨特信息。長久以來,嗅覺被認為是一種如果有,也僅僅具有非常微弱功能的退化感官。
本實驗的目的在于運用已經(jīng)調試好的虛擬嗅覺氣味生成裝置,對嗅覺和視覺之間的一致性進行初步的研究,依據(jù)受試者在實驗中的判斷,統(tǒng)計數(shù)據(jù)進行分析。
4.1實驗條件
共188名高校學生參與了這一研究,男女各半。參與者的嗅覺及視力(或矯正視力)均正常,沒有感冒、鼻炎或呼吸道過敏等癥狀,沒有吸煙史,在參加實驗期間不使用香水或其他帶有氣味的化妝品。
4.2實驗內容
分別對圖片和噴發(fā)口進行編號(1、2、3)。點擊圖片,系統(tǒng)自動產生圖片對應的氣味。受試者離香味噴發(fā)口的距離為15~20 cm,分別進行了兩組實驗。
4.3實驗過程及分析
4.3.1實驗一
第一組實驗為受試者通過看到的圖片,確定是否聞到了對應的氣味。實驗結果如圖9所示。
實驗數(shù)據(jù)表明,絕大多數(shù)受試者能夠準確地

圖9 實驗統(tǒng)計數(shù)據(jù)
作出相應的判斷,該項實驗表明,僅僅誘發(fā)氣味并不足以產生某種注意效應。
4.3.2實驗二
在接下來的測試中,讓受試者首先看到同時呈現(xiàn)在屏幕中的蘋果、柑橘和水蜜桃圖片,隨后在剛才出現(xiàn)蘋果、柑橘或者水蜜桃圖片的位置上會閃現(xiàn)一個鼠標,此時要求受試者按鍵判斷鼠標的朝向,如圖10所示。

圖10 實驗二
在這一過程中,即告知受試者三幅圖片與鼠標的朝向并無關系,當聞到蘋果、柑橘和水蜜桃的氣味時,讓受試者判斷鼠標朝向的圖片與聞到的氣味是否相一致,實驗結果如圖11所示。

圖11 實驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計
由實驗二可知,受試者判斷錯誤率明顯增大,是因為當受試者看到鼠標箭頭指向的圖片與聞到的氣味不一致時,受試者往往被氣味影響,作出錯誤判斷,由此可得出氣味可以增大注意的偏向優(yōu)勢,其效果取決于氣味與圖片的一致性。
從上述兩個實驗可得出:視覺和嗅覺在人類認知事物的過程中都有不可或缺的作用,該實驗系統(tǒng)地揭示了物體的氣味可以作為其特征之一,增加人們的知覺顯著性,從而吸引視覺注意的焦點。
本文研發(fā)了一種虛擬嗅覺生成裝置,可用于虛擬環(huán)境中視嗅覺融合認知的人機交互,初步的視嗅覺融合認知實驗結果表明,所研制的虛擬嗅覺生成裝置可以實時生成穩(wěn)定的氣味,為虛擬環(huán)境提供逼真的嗅覺。根據(jù)按壓氣味瓶所需的作用力,設計出定量送氣機構,實現(xiàn)了裝置的機械本體的裝配;依據(jù)裝置的驅動部件開發(fā)出基于串口通信的控制系統(tǒng),開展了響應時間和運動精度的性能測試,最后開展了初步的視嗅覺認知實驗,實驗結果初步揭示了嗅覺和視覺之間的一致性等相關問題。目前該嗅覺生成裝置只能單獨或同時輸出三種氣味,今后將逐步完善,使散發(fā)的氣味種類能夠根據(jù)要求來設定。
[1]汪成為,高文,王行仁.靈境(虛擬現(xiàn)實)技術的理論、實現(xiàn)及應用[M].北京: 清華大學出版社,1996.
[2]Kim D W, Nishimoto K, Kunifuji S.An Editing and Displaying System of Olfactory Information for the Home Video[J]. Lecture Notes in Computer Science,2006,54(14):859-866.
[3]Yamanaka T, Matsumoto R, Nakamoto T. Study of Odor Blender Using Solenoid Valves Controlled by Delta-sigma Modulation Method for Odor Recorder[J].Sensors and Actuators B, Chemecal,2002,87(3):457-463.
[4]Matsukura H, Nihei T, Ishida H. Multi-sensorial Field Display: Presenting Spatial Distribution of Airflow and Odor[C]//Virtual Reality Conference (VR), 2011 IEEE. New York:IEEE, 2011: 119-122.
[5]楊文珍, 吳新麗. 虛擬嗅覺研究綜述[J]. 系統(tǒng)仿真學報, 2013, 25(10): 2271-2277.
Yang Wenzhen, Wu Xinli. Survey of Virtual Olfactory Technology[J]. Journal of System Simulation, 2013, 25(10): 2271-2277.
[6]Kadowaki A, Noguchi D, Sugimoto S, et al. Development of a High-performance Olfactory Display and Measurement of Olfactory Characteristics for Pulse Ejections[C]//Applications and the Internet (SAINT), 2010 10th IEEE/IPSJ International Symposium on. New York:IEEE, 2010: 1-6.
[7]Sugimoto S, Noguchi D, Bannnai Y, et al.Ink Jet Olfactory Display Enabling Instantaneous Switches of Scents[C]//Proceedings of the International Conference on Multimedia. Firenze,Italy, 2010: 301-310.
[8]Hoshino S, Ishibashi Y, Fukushima N, et al. QoE Assessment in Olfactory and Haptic Media Transmission: Influence of Inter-stream Synchronization Error[C]//Communications Quality and Reliability (CQR), 2011 IEEE International Workshop Technical Committee on. New York:IEEE, 2011: 1-6.
[9]Ohtsu K, Sato J, Bannai Y, et al. Scent Presentation Technique of Pulse Ejection Synchronized with Breathing[C]//Applications and the Internet, 2009. SAINT’09. Ninth Annual InternationalSymposium on.Washington:IEEE, 2009: 125-128.
[10]Kadowaki A, Sato J, Bannai Y, et al. Presentation Technique of Scent to Avoid Olfactory Adaptation[C]//Artificial Reality and Telexistence, 17th International Conference on.Washington: IEEE, 2007: 97-104.
[11]Ohtsu K, Sato J, Bannai Y, et al. Pulse Ejection Presentation System of Odor Synchronized with the User’s Breathing[J].The Journal of the Institute of Electrical Engineers of Japan, 2008,128(12):455-460.
[12]Ariyakul Y, Aizawa T, Nakamoto T. Visual-olfactory Presentation System Using a Miniaturized Olfactory Display Based on SAW Streaming and Electroosmotic Pumps[C]//Virtual Reality (VR), 2013 IEEE. Lake Buena Vista, FL,2013:155-156.
[13]孟憲宇, 尹怡欣, 班曉娟, 等. 基于模糊推理的人工魚嗅覺感知研究[J]. 系統(tǒng)仿真學報, 2007, 19(20): 4663-4666.Meng Xianyu, Yin Yixin, Ban Xiaojuan, et al. Research on Virtual Smelling Perception System of Artificial Fish Based on Fuzzy Reasoning[J]. Journal of System Simulation, 2007, 19(20): 4663-4666.
[14]劉振宇. 基于人工嗅覺的香氣定性與定量分析方法研究[D]. 上海:華東理工大學, 2002.
[15]《鋼鐵企業(yè)電力設計手冊》編委會.鋼鐵企業(yè)電力設計手冊-下冊[M].北京:冶金工業(yè)出版社,1996.
[16]王海霞, 易樹平,楊文彩,等. 系統(tǒng)響應時間對人-信息系統(tǒng)交互效率的影響[J].人類工程學, 2007,13(3):5-6.
Wang Haixia,Yi Shupin, Yang Wencai,et al. The Influence of System Response Time on Human-information System Interaction Efficiency[J]. Ergonomics of Human, 2007,13(3):5-6.
(編輯王艷麗)
A Virtual Olfactory Generation Device for Visual-olfactory Perceptions
Yang WenzhenWu XinliYu LingZhu Panfei
Zhejiang Sci-Tech University,Hangzhou,310018
This paper presented a virtual olfactory generation device for the visual-olfactory perceptions in virtual environments. This device was composed by a mechanical body and a control system, can output 3 odors in single or mixed models. By analyzing the pressed force, which was required by the perfume bottles, a quantitative aspirated odor mechanism was designed and the mechanical body was manufactured. Then the control system was developed based on a serial communication and the performances of this device were tested, which included the response time and the movement precision. The experiential results show that the virtual olfactory generation devices has fast response time and high precision control features, can generate the stable odor in real-time, and present the realistic olfactory in virtual environments.
virtual olfactory; odor generation device; visual-olfactory; human-computer interaction
2014-10-11
國家高技術研究發(fā)展計劃(863計劃)資助項目(2013AA013703);國家自然科學基金資助重點項目(61332017);浙江省自然科學基金資助項目(LY14F020048);浙江省科技廳重點科技創(chuàng)新團隊資助項目(2012R10005)
TP391.9DOI:10.3969/j.issn.1004-132X.2015.22.012
楊文珍,男,1976年生。浙江理工大學虛擬現(xiàn)實實驗室副教授、博士。研究方向為虛擬現(xiàn)實技術。發(fā)表論文10余篇。吳新麗,女,1987年生。浙江理工大學虛擬現(xiàn)實實驗室實驗師。余嶺,男,1989年生。浙江理工大學機械與自動控制學院碩士研究生。祝盼飛,男,1991年生。浙江理工大學機械與自動控制學院碩士研究生。