虚拟现实(Virtual Reality)是目前人机交互领域内较为火热的一项技术。受试者通过外部硬件设备的佩戴可以使自身沉浸于计算机生成的环境中,从而给用户带来感官上全新的体验。近些年来,研究工作者围绕虚拟现实开展了许多工作,同时也将虚拟现实技术的应用引入了众多领域,例如虚拟设计与教学等。结合虚拟现实的沉浸式与扩展式特点,能够大幅提高学生的认知体验。但与此同时,虚拟现实强调的是对于全感官的刺激,而在现阶段,虚拟现实设备中视觉及听觉所渲染的效果要远远大于触觉体验。尽管目前很多的商业产品及研究都提出了一些实例,但还未形成一个统一的标准。所以,对于虚拟现实场景下新形式触觉反馈设备应用的探索仍具有一定潜力。在人机交互领域里,对于触觉理论设备的划分大致为三类:振动反馈,压力反馈以及阵列反馈。与此相照应,虚拟现实下的触觉反馈设备也大多基于此三类。而近些年来,通过将静电力应用于人机交互的触觉反馈中,从而提供振动反馈的工作也吸引了研究人员的尝试,例如在2010年Disney Research所提出的Tesla Touch。而静电力触觉反馈设备相较传统振动设备的优势在于:一方面,静电力振动反馈设备的安装较为方便,通过附着于屏幕周围,便能够产生带有振感的静电力反馈;另一方面,对比于目前大多数设备所采用的电机振动,静电力振动能够生成更加灵活及更加友好的反馈体验;且在过往研究中,将静电力反馈设备应用于直接触摸或增强现实下的研究有过先例,而虚拟现实场景下的研究较少,这也是本文创新点之一。本文基于虚拟现实技术的沉浸式特点与静电力振动相关理论,设计了建筑体验教学应用。本教学应用通过使用VICON System对用户动作进行捕捉,在对受试者走动行为探测的同时,触觉设备与其保持相对移动,模拟带有触觉的虚拟现实建筑体验,并在此基础上对受试者感受作出保真性评价。为实现虚拟现实场景下触觉交互的硬件支持,本文首先开发了基于静电力原理的振动反馈设备。本设备使用硬性电容屏幕作为载体,通过单片机处理器控制静电力的生成信号并将其分布于屏幕表面,在红外探测阵列确定用户手指位置后,控制器能够生成明显的凸起或凹陷三维触感与连续的振动体验,并根据用户手指的移动进行实时的电压变化,从而达到模拟虚拟物体高度与材质的效果。而在模拟材质纹理并将其电压渲染到屏幕表面的过程中,本文分别设计了适用于处理2D与3D对象的改进阴影形状恢复模型与高度压缩模型。另外,本文为触觉交互设备的纹理模拟进行了可感知性阈值及参数组合效果两组先验实验,对用户使用该设备的主观感受进行了验证。在先验实验中,本文确定了用户在操作设备时较为适宜的电压区间及相关材质参数;而在建筑体验应用的用户实验中,本文通过收集用户的主观保真度评价,验证了静电力振动触觉反馈系统在特定应用情况下,有能力提升用户在虚拟现实环境中的沉浸感,增强体验效果。此外,文章分析了目前应用中关于可移动性、定位性等不足之处,同时对静电力触觉反馈组件的可延展性等作出了展望。