基于虚拟现实的沉浸式触觉交互教学应用研究
发布时间：2020-12-16 18:44
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...
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：48 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
虚拟现实下的手持触觉反馈设备HTCViveHandController
1.3 虚拟现实下的手持触觉反馈设备 HTC Vive Hand Control戴及移动触觉反馈（Wearable and Mobile Haptics）持式设备，可穿戴设备能给人提供更为自由的触觉体验。对比之套，大多数在过往文献中的可穿戴触感制动器关注于渲染皮人设计了一种使用三弦制动器的可穿戴触觉反馈系统用以渲染等人设计了一种小型的可穿戴设备“Tactons”，它具备通过类似非视觉信息的能力[24]。可穿戴及移动触觉反馈设备是未来触觉设具体形式还需进一步探索。
建筑学、医学等则是其代表。在此类课程中，学生除了希望直观看到计所输出的视觉与听觉信息外，系统对于空间与场景的模拟感同样对学生的认知有着的指导作用[32-33]。这种需求在许多观察与动手相结合的课程中都有体现。本文以建验教学为例，结合虚拟现实场景的沉浸感特点，设计了基于建筑体验的教学应用。启动后，用户在与虚拟现实模型等比的空间中走动时，能够对周围的墙壁等模型进体触摸；另一方面，通过 VICON 定位系统对用户走动的位置进行扫描后，能够实整用户在虚拟现实模型中的位置并依据所在位置变换触觉反馈设备的触觉纹理，从到模拟建筑体验的效果。为了支持虚拟现实场景下的触觉反馈硬件基础，本文同时设计实现了基于静电力觉理论的交互反馈系统。本系统硬件部分主要由反馈屏幕、电压控制处理器及定位组成，相较于 Disney Research 提出的 TeslaTouch，本系统在实现上选取了红外摄像代替其提出的红外摄像机，从而能够更加精确的判断用户手指位置；在波形生成部文选取正弦波作为基础波形，从而保证了平面凹凸感的形成。
【参考文献】：
期刊论文
[1]点光源照明参数估计的算法研究[J]. 朱莉,朱春强. 计算机仿真. 2012(12)
[2]基于Google Sketchup建模与PTV Vissim仿真构建3D交通环境[J]. 李文栋. 城市道桥与防洪. 2012(08)
[3]基于Sketchup软件的建筑设计研究[J]. 马进. 建筑与文化. 2011(12)
[4]基于SFS技术的纹理力触觉再现方法研究[J]. 李佳璐,宋爱国,吴涓,张小瑞. 仪器仪表学报. 2010(04)
[5]基于气动喷嘴的线面触觉再现分析与实验[J]. 孙中圣,滕燕,包钢,李小宁. 中国机械工程. 2009(09)
[6]力/触觉再现设备的研究现状与应用[J]. 陆熊,宋爱国. 测控技术. 2008(08)
[7]一种新的虚拟纹理触觉再现方法及其装置实现[J]. 陈旭,宋爱国,李建清. 测控技术. 2006(08)
[8]水射流机器人触觉临场感再现技术研究[J]. 帅立国,况迎辉,周芝庭. 工业仪表与自动化装置. 2005(06)
[9]从明暗恢复形状(SFS)的几类典型算法分析与评价[J]. 廖熠,赵荣椿. 中国图象图形学报. 2001(10)
[10]利用单幅图象的阴影恢复物体形状[J]. 盛锦华. 合肥工业大学学报(自然科学版). 1991(01)
硕士论文
[1]高射速武器弹道解算与视景仿真研究[D]. 欧阳攀.中北大学 2013
[2]基于Virtools的三维虚拟实验的研究与实现[D]. 曾令菊.华中师范大学 2011
[3]基于网络的虚拟实验系统的开发与应用[D]. 倪聃.浙江师范大学 2009
[4]德国牧羊犬步态分析及运动仿真[D]. 周鹏.吉林大学 2007
本文编号：2920609
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：48 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
虚拟现实下的手持触觉反馈设备HTCViveHandController
1.3 虚拟现实下的手持触觉反馈设备 HTC Vive Hand Control戴及移动触觉反馈（Wearable and Mobile Haptics）持式设备，可穿戴设备能给人提供更为自由的触觉体验。对比之套，大多数在过往文献中的可穿戴触感制动器关注于渲染皮人设计了一种使用三弦制动器的可穿戴触觉反馈系统用以渲染等人设计了一种小型的可穿戴设备“Tactons”，它具备通过类似非视觉信息的能力[24]。可穿戴及移动触觉反馈设备是未来触觉设具体形式还需进一步探索。
建筑学、医学等则是其代表。在此类课程中，学生除了希望直观看到计所输出的视觉与听觉信息外，系统对于空间与场景的模拟感同样对学生的认知有着的指导作用[32-33]。这种需求在许多观察与动手相结合的课程中都有体现。本文以建验教学为例，结合虚拟现实场景的沉浸感特点，设计了基于建筑体验的教学应用。启动后，用户在与虚拟现实模型等比的空间中走动时，能够对周围的墙壁等模型进体触摸；另一方面，通过 VICON 定位系统对用户走动的位置进行扫描后，能够实整用户在虚拟现实模型中的位置并依据所在位置变换触觉反馈设备的触觉纹理，从到模拟建筑体验的效果。为了支持虚拟现实场景下的触觉反馈硬件基础，本文同时设计实现了基于静电力觉理论的交互反馈系统。本系统硬件部分主要由反馈屏幕、电压控制处理器及定位组成，相较于 Disney Research 提出的 TeslaTouch，本系统在实现上选取了红外摄像代替其提出的红外摄像机，从而能够更加精确的判断用户手指位置；在波形生成部文选取正弦波作为基础波形，从而保证了平面凹凸感的形成。
【参考文献】：
期刊论文
[1]点光源照明参数估计的算法研究[J]. 朱莉,朱春强. 计算机仿真. 2012(12)
[2]基于Google Sketchup建模与PTV Vissim仿真构建3D交通环境[J]. 李文栋. 城市道桥与防洪. 2012(08)
[3]基于Sketchup软件的建筑设计研究[J]. 马进. 建筑与文化. 2011(12)
[4]基于SFS技术的纹理力触觉再现方法研究[J]. 李佳璐,宋爱国,吴涓,张小瑞. 仪器仪表学报. 2010(04)
[5]基于气动喷嘴的线面触觉再现分析与实验[J]. 孙中圣,滕燕,包钢,李小宁. 中国机械工程. 2009(09)
[6]力/触觉再现设备的研究现状与应用[J]. 陆熊,宋爱国. 测控技术. 2008(08)
[7]一种新的虚拟纹理触觉再现方法及其装置实现[J]. 陈旭,宋爱国,李建清. 测控技术. 2006(08)
[8]水射流机器人触觉临场感再现技术研究[J]. 帅立国,况迎辉,周芝庭. 工业仪表与自动化装置. 2005(06)
[9]从明暗恢复形状(SFS)的几类典型算法分析与评价[J]. 廖熠,赵荣椿. 中国图象图形学报. 2001(10)
[10]利用单幅图象的阴影恢复物体形状[J]. 盛锦华. 合肥工业大学学报(自然科学版). 1991(01)
硕士论文
[1]高射速武器弹道解算与视景仿真研究[D]. 欧阳攀.中北大学 2013
[2]基于Virtools的三维虚拟实验的研究与实现[D]. 曾令菊.华中师范大学 2011
[3]基于网络的虚拟实验系统的开发与应用[D]. 倪聃.浙江师范大学 2009
[4]德国牧羊犬步态分析及运动仿真[D]. 周鹏.吉林大学 2007
本文编号：2920609
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