石杰元，袁志勇，廖祥云，赵俭辉

1.武汉大学 计算机学院，武汉430072

2.中国科学院 深圳先进技术研究院，广东 深圳518055

触觉是人类赖以探索世界的重要感觉通道。如今，提供实体触觉存在许多方式，如机械[1]、超声波[2]、喷气式[3]、磁悬浮[4]。目前广泛使用的Geomagic Touch的Phantom[1]触觉设备基于机械传动方式提供触觉反馈，交互过程中受到机械关节固有摩擦、惯性的影响，且操作空间有限。基于超声波[2]、喷气式[3]的非接触触觉反馈方式消除了机械交互方式中的固有摩擦，但仍存在些许不足，例如超声波触觉设备存在力传输距离较短、对噪声敏感、存在安全隐患等问题[2]；喷气式设备由于采用空气作为力传导介质，力在压缩空气场中的传导速度较慢，且力反馈缺乏时空特性，操作空间有限[3]。基于磁悬浮的非接触式触觉反馈消除了机械交互方式中的固有摩擦，且可通过自适应调节磁感线圈电流、摆放角度等方式，实现灵活的6-DOF触觉反馈[4]，操作更加自由、稳定，具有广阔应用前景。为此，本文基于磁悬浮触觉反馈设备[4]，提出一种面向磁悬浮视触觉交互的多速率系统框架，该系统由双目视觉定位、虚拟场景物理仿真和触觉渲染三部分组成，各部分相互协同。

为确保视触觉交互过程中的视觉可信性，需构建真实可信的虚拟场景。本文采用基于位置的动力学（Position Based Dynamics，PBD）[5]作为虚拟场景的物理仿真方法。PBD相对于有限元方法（Finite Element Method，FEM）[6-7]而言，计算效率更高、实时性更强、交互性更好。此外，与传统机械定位方式不同，设备采用双目视觉定位方式。……