An Olfactory Display Design and Implemenation for Web,Images,Videos and Games.pdf

1、在用戶與計(jì)算機(jī)交互時(shí)，一些刺激物會(huì)刺激他/她的感官，進(jìn)而觸發(fā)了他的視覺系統(tǒng)(HVS)和聽覺系統(tǒng)(HAS)，此外還會(huì)從計(jì)算機(jī)得到一些其他的觸覺感官，比如振動(dòng)操作或者一些觸覺回饋。而反饋系統(tǒng)主要用于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用和飛行仿真，限制用戶在與計(jì)算機(jī)交互時(shí)的體驗(yàn)。在這樣的交互中，他/她可能會(huì)遇到“嗅覺對(duì)象”或者“嗅覺相關(guān)的事件”，并且在同時(shí)遇到嗅覺對(duì)象和嗅覺相關(guān)的事件表示為嗅覺狀態(tài)的情況下，此時(shí)用戶應(yīng)該使用他/她的嗅覺系統(tǒng)(HOS)來刺激他/她

2、的嗅覺相關(guān)腦皮層以獲得更加身臨其境的體驗(yàn)。
　　在我們的文章中，我們認(rèn)為有氣味的對(duì)象，可以是顯示在屏幕上的蘋果或者是裝滿蘋果的籃子，打著香水、肥皂或洗發(fā)水廣告的在線商店，正在玩第一人稱射擊游戲并且在游戲中所有槍同時(shí)開火轟炸的用戶，我們可以通過所有的感官將氣味對(duì)象傳遞給用戶，同樣的我們提供一個(gè)由氣味激活的錄像，當(dāng)播放時(shí)它顯示有吸引入的圣地以及燃燒著香火，或者視頻中的主要特征是有人抽著香煙并同時(shí)向相機(jī)吹著煙霧。在本文中有一些由嗅覺顯示

3、器實(shí)現(xiàn)的例子。
　　我們已經(jīng)建立了，基于液體氣味材料的三原型和熱活性固體氣味材料的一原型。然后，我們結(jié)合本文中提到的基于熱物質(zhì)的氣味噴出物的論述原型，實(shí)現(xiàn)了最終的設(shè)計(jì)。這一原則是綜合管理軟件的需要，它能夠控制所有的軟件方面及管理氣味元件的定時(shí)信號(hào)。在本文中，我們成功地實(shí)現(xiàn)了該軟件，該軟件必須確認(rèn)在計(jì)算機(jī)中的氣味事件/對(duì)象，并對(duì)每一個(gè)氣味元件生成一個(gè)適當(dāng)?shù)臅r(shí)間脈沖和風(fēng)速。有時(shí)會(huì)產(chǎn)生一種與其他不同的混合氣味，或許在不同的時(shí)間和強(qiáng)度下有

4、相同的氣味，這都是由結(jié)合短氣味事件到長(zhǎng)氣味事件產(chǎn)生的。此外，軟件必須根據(jù)所需的氣味，產(chǎn)生處理基于液體氣味的排出方法和固體氣味的傳遞機(jī)制。
　　本論文中，我們實(shí)現(xiàn)了一個(gè)氣味傳送技術(shù)，這一技術(shù)可用于傳送大量基于固體和液體的氣味，并將展示該技術(shù)的改進(jìn)。由于一些共同存在的氣味，它們需要不同于其他固體氣味的物理位置，另外需要固體和液體基味混合噴出，同樣通過兩個(gè)因素增加氣味盒的容量，使其包含更多的類型的氣味，進(jìn)而使嗅覺顯示器能夠產(chǎn)生礦砂氣味。

5、該系統(tǒng)運(yùn)用了電學(xué)、電子學(xué)和機(jī)械學(xué)等學(xué)科，所以它是一個(gè)多式聯(lián)運(yùn)系統(tǒng)，需要有電子學(xué)，軟件工程系統(tǒng)規(guī)劃，嵌入式系統(tǒng)，化學(xué)工程和其他領(lǐng)域的豐富經(jīng)驗(yàn)。
　　最后，我們實(shí)現(xiàn)了一個(gè)通信協(xié)議，該協(xié)議提供與計(jì)算機(jī)通信的能力，其攔截顯示在屏幕上的場(chǎng)景和信息，并在現(xiàn)實(shí)世界重現(xiàn)它們，以達(dá)到與用戶嗅覺交互的目的。通過增加更多的氣味元件或者依據(jù)用戶的偏好取代某些氣味元件使系統(tǒng)可以擴(kuò)展到具有任意數(shù)量的氣味?？梢杂么嗽O(shè)計(jì)來處理一些早期的實(shí)驗(yàn)，并且克服一些技術(shù)上的

6、難題。該設(shè)計(jì)具有多個(gè)方面以及迭代的思想，并且已經(jīng)出現(xiàn)了改進(jìn)的版本，我們將這些版本中好的特性納入該系統(tǒng)的原型版本中。
　　我們提出了基于液體氣味材料三原型和熱活性固體氣味材料的一原型，然后我們結(jié)合在本文中提到的基于熱物質(zhì)的氣味噴出物的論述原型實(shí)現(xiàn)了最終的設(shè)計(jì)。
　　在原型Ⅰ中，我們使用了陶瓷復(fù)合振動(dòng)盤和霧化器，由于霧化器可以用于產(chǎn)生霧，所以在系統(tǒng)中我們用它作為一個(gè)氣味元件，它的功能雖然簡(jiǎn)單，但非常有效。當(dāng)電流通過磁噴嘴內(nèi)部時(shí)，

7、它使陶瓷板以超聲波的速度震動(dòng)，這將依次分散氣味物質(zhì)的分子，這種機(jī)械運(yùn)動(dòng)造成氣味材料瞬間變成水蒸氣并成為煙霧從霧化器上上升。
　　原型Ⅱ，在這個(gè)原型中，我們使用了一個(gè)中心具有微尺寸孔的壓電薄膜，并且為了防止氣味物質(zhì)泄漏造成結(jié)果的不準(zhǔn)確，在透明塑料盒前安裝了一個(gè)硅膠墊圈;塑料盒有兩個(gè)相對(duì)的孔，一個(gè)是用來安裝壓電薄膜使其排出氣味材料，另一個(gè)孔是用來把氣味材料填充到墨盒中，兩個(gè)硅膠密封蓋（上、下）的放置創(chuàng)造了一個(gè)圍住壓電薄膜的夾層，這個(gè)夾

8、層被螺絲固定在氣味盒之下并產(chǎn)生了一個(gè)氣密室，它能夠?qū)⒎乐箽馕恫牧弦匀魏涡问剑怏w或液體）泄漏到嗅覺顯示器中。
　　壓電薄膜被包圍在上下硅膠密封蓋內(nèi)，并在薄膜和硅膠之間留下一個(gè)小小的間隙，由于電源頻率引起薄膜的震動(dòng)使氣味材料擠壓出微型孔，在反向信號(hào)撤回中將抑制氣味材料生成一個(gè)微小的能夠噴出氣味元素的氣體微滴，這將重復(fù)生成氣味材料的操作周期。
　　原型Ⅲ，對(duì)于該氣味元件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，它具有幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)，比如小巧，防溢，容易填充和可由

9、3D打印機(jī)打印。它包含一個(gè)用于液體氣味物質(zhì)的儲(chǔ)液器(約10cc)并且頂孔插有高脫脂棉芯和一個(gè)控制壓電微多孔膜的2mm邊緣。氣味元件的內(nèi)部基礎(chǔ)是適合收集所有的氣味材料到棉芯底部的的錐形，頂部包含一個(gè)用于將適當(dāng)?shù)臍馕段镔|(zhì)填充到氣味元件的孔。所提出的設(shè)計(jì)代表了氣味元件的殼，框架或外罩，其他部件都放在這個(gè)殼上，如提供充足頻率以驅(qū)動(dòng)超聲波壓電薄膜的電路板，以及使用上下硅膠墊圈使它固定在對(duì)的位置上，并同時(shí)提供密封和振動(dòng)自由度的壓電薄膜自身。

10、　　氣味的元件容器是由PLA（聚乳酸）塑料通過3D打印技術(shù)制成的，為了嗅覺顯示器更高強(qiáng)度需求的應(yīng)用，它可以重新設(shè)計(jì)成具有較大的容量或者較大的壓電薄膜，比如模擬霧顆粒，水濺落或者降雨，這些都需要在較短的時(shí)間內(nèi)將更多容量的水分散在空氣中，或者需要將嗅覺顯示器預(yù)放置在劇院或電影院的人群前。在拆掉帽和填充所需的氣味后，氣味盒可容易的通過上部的填充孔填充。
　　嗅覺顯示器已經(jīng)經(jīng)歷了幾個(gè)演變階段，在這些階段中，把顯示器作為一個(gè)整體的設(shè)備以及需

11、要直接從顯示器達(dá)到理想的預(yù)期目標(biāo)。實(shí)際上，在本文中，進(jìn)行著嗅覺顯示器自底向上的重新設(shè)計(jì)，創(chuàng)造一個(gè)獨(dú)立的模塊化的氣味元件，該氣味元件是由最新的和最先進(jìn)的可擴(kuò)散的微多孔壓電薄膜設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)和制造的，并且具有最佳效果。在日后，可以構(gòu)建一個(gè)更小巧的和精確的氣味元件，其在一個(gè)1到2平方厘米的在手機(jī)，或者任何移動(dòng)設(shè)備的區(qū)域中利用更小尺寸的微多壓電薄膜配一個(gè)10×10的氣味擴(kuò)散器，而且不影響已存在設(shè)備的設(shè)計(jì)。
　　風(fēng)機(jī)通過脈沖寬度調(diào)制信號(hào)PWM控制

12、，該信號(hào)是通過微控制器并使用一個(gè)PNP晶體管放大產(chǎn)生的。風(fēng)扇以2500轉(zhuǎn)每分鐘的轉(zhuǎn)速高速旋轉(zhuǎn)，并產(chǎn)生足夠到達(dá)用戶臉部的氣流。風(fēng)扇的轉(zhuǎn)動(dòng)迫使空氣從上端軸排出，這樣盒子內(nèi)部就會(huì)形成低壓，能夠使空氣從激光器中流出，并且捎帶煙微粒及冷卻發(fā)熱區(qū)域。風(fēng)扇安裝在六角旋轉(zhuǎn)之上并且獨(dú)立旋轉(zhuǎn)，風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速依照所需要產(chǎn)生的氣味和操作的量而變化。這個(gè)外罩是個(gè)透明塑料，上有兩個(gè)孔，上端孔是氣味射點(diǎn)，下端空是進(jìn)氣孔及激光投影開放，保持著設(shè)備內(nèi)部的空氣流動(dòng)。
　

13、　已經(jīng)有很多用于嗅覺顯示器實(shí)現(xiàn)的嘗試，其中的一些嘗試是很專業(yè)的，并且已有公司成功的實(shí)現(xiàn)了嗅覺顯示器，其他的個(gè)別嘗試還沒有商品化，而對(duì)于最終用戶具有完全的可操作性和功能性。當(dāng)然在這一過程中不斷地出現(xiàn)一些問題和挑戰(zhàn)，諸如除技術(shù)之外的電子和化學(xué)方面的挑戰(zhàn)，這些挑戰(zhàn)使得系統(tǒng)很難得以實(shí)現(xiàn)。
　　我們的系統(tǒng)在多數(shù)解決方案和問題之間做了折衷，并且系統(tǒng)盡可能由具有真才實(shí)能的用戶建立和實(shí)現(xiàn)，而且系統(tǒng)的目的就是實(shí)現(xiàn)一個(gè)氣味發(fā)生器，可以幫助用戶“聞”虛

14、擬顯示的內(nèi)容或著可操縱的對(duì)象，如具有一定的特性的圖像，視頻內(nèi)容，游戲和網(wǎng)頁內(nèi)容等，對(duì)于一些公司的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用，可以將其用作電子商務(wù)工具，用來聞一些如香水，肥皂，除臭劑及鮮花等具有氣味的商品。可用于網(wǎng)絡(luò)購買前，或者用于虛擬現(xiàn)實(shí)，游戲，擴(kuò)增實(shí)境，娛樂，醫(yī)療衛(wèi)生和科學(xué)應(yīng)用中。
　　該系統(tǒng)連接到操作系統(tǒng)當(dāng)前活躍的部件事件，以及在游戲和圖像中鼠標(biāo)運(yùn)動(dòng)的攔截事件，然后越過顯示的對(duì)象并獲取其特性，然后分析對(duì)象并在外設(shè)上產(chǎn)生相應(yīng)的氣味，當(dāng)然這一功能由

15、用戶選擇激活/停用，所以用戶可以決定電腦可否產(chǎn)生氣味。
　　每次用戶從槍中發(fā)射出一圓狀物，信號(hào)就會(huì)被發(fā)送到嗅覺顯示器，該信號(hào)包含描述事件和時(shí)間的一幀數(shù)據(jù)，即該事件應(yīng)隨著事件強(qiáng)度而持續(xù)。系統(tǒng)確定每次活動(dòng)持續(xù)強(qiáng)度的量，并傳送給嗅覺顯示器。某些情況下，第一人稱射擊游戲的玩家走向一個(gè)具有氣味屬性的對(duì)象，導(dǎo)致軟件發(fā)送持續(xù)增強(qiáng)的嗅覺顯示數(shù)據(jù)幀，這些數(shù)據(jù)淹沒在微控制器指令中，進(jìn)而導(dǎo)致渲染響應(yīng)顯示滯后，這樣的話，是不可接受的。另外，一個(gè)重復(fù)射擊事

16、件或著玩家使用有速射武器（如機(jī)槍）造成嗅覺顯示接收大量數(shù)據(jù)幀，進(jìn)而使其淹沒在微控制器中并大幅降低微控制器的響應(yīng)。因此該軟件對(duì)于不同的事件具有不同的優(yōu)先次序，這樣能夠消除重復(fù)數(shù)據(jù)，并優(yōu)化利用以及抑制六邊形旋轉(zhuǎn)五次驅(qū)動(dòng)程序。
　　該通信協(xié)議基于可變的數(shù)據(jù)突發(fā)傳輸?shù)腢SB通信鏈路，前2位標(biāo)識(shí)功能類型，其中，00表示基于液體的氣味，而01為基于固體的氣味，10和11保留后用。它用于原始的通信問題，該問題不涉及嗅覺顯示器。第二個(gè)字節(jié)表示參與

17、氣味事件中的氣味事件n的數(shù)量。而第三個(gè)字節(jié)標(biāo)示第一個(gè)事件所涉及的氣味元件數(shù)，雙字節(jié)第四字節(jié)作為強(qiáng)度水平，標(biāo)示每次有多少氣味交付給用戶，調(diào)用或激活哪些特定的氣味元件，第五字節(jié)標(biāo)示與氣味相關(guān)的主風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，接下來的三字節(jié)倍數(shù)是與當(dāng)前氣味事件相聯(lián)系的第n個(gè)氣味元件。最后一個(gè)字節(jié)保存輔助通風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速。最后，除了電子專業(yè)知識(shí)以外，嗅覺顯示器的很多方面已經(jīng)涉及了許多領(lǐng)域的研究和制造技術(shù)，因此它仍然是一個(gè)開放的研究領(lǐng)域，仍需要更多領(lǐng)域的努力來達(dá)到社會(huì)團(tuán)體