力反馈儿童游戏关键技术研究

发布时间：2020-06-02 12:26

【摘要】：力反馈技术是21世纪最伟大的技术创新之一,它不同于以往基于视觉与听觉的键盘鼠标等二维人机交互技术,为使用者提供了一种更加自然和直观的基于力和触觉的人机交互方式。教育游戏,集教育性和娱乐性为一体,是教育技术领域的研究热点。将力反馈技术引入教育游戏,用户可以通过操纵力反馈设备与计算机生成的虚拟游戏场景进行交互,同时感知场景中物体的运动,获得与真实世界一致的触觉体验。本文围绕将力反馈融入儿童游戏过程中的一些关键技术进行研究,主要包括实时性碰撞检测、力反馈信息处理和力反馈信息与图形信息的同步显示。本文的工作主要包括以下几个方面:1.碰撞检测实现:当场景中物体较多时,游戏交互中应用程序所需的碰撞检测时间增加,必然会降低交互的实时性。为了保证游戏交互的实时性,本文中的碰撞检测分为两个阶段:模糊碰撞检测阶段和精细碰撞检测阶段。首先,获取场景中物体的位置信息和运动情况,进行第一阶段的模糊碰撞检测;然后,依据得到的碰撞检测结果决定是否进行下一阶段的检测,只有第一阶段检测到碰撞,才进入下一阶段的精细碰撞检测;最后,确定物体间发生碰撞的位置或者物体间没有检测到碰撞。2.力反馈信息处理:儿童通过力反馈设备与游戏场景进行交互时,应用程序中会产生大量的力反馈信息,其处理结果直接影响儿童游戏过程中的触觉体验。本文首先依据上一步的碰撞检测结果,确定场景中的力反馈装置与物体的碰撞点;然后获取交互过程中涉及到的物体的运动信息,包括两物体的运动速度和方向;最后采用质点弹簧模型,依据相应的物理学运动规律,设计合适的力反馈模型以实现不同效果的力。3.多通道信息同步品显示:为了使儿童在游戏中获得与真实世界一致的交互体验,应用程序需要保持场景中视觉信息和力反馈信息渲染的一致性。由于视觉信息和力反馈信息的刷新频率分别为30-60Hz/s和1000Hz/s,两则存在较大差异。因此,本文首先分别为视觉信息和力反馈信息的处理建立线程,以方便每个线程按照各自的刷新频率处理信息,并保存处理结果;其次,建立力反馈设备的运动空间和三维图形绘制空间的映射关系;最后,获取同一时刻的力反馈信息和图形信息进行渲染,以保持多通道信息的同步显示。在上述研究内容的基础上,本文对儿童识数游戏进行了界面与功能的设计,展示了力反馈技术在教育游戏中的应用。
【图文】：

质点模型,弹簧,有限元模型,开发工具包

元模型（上）和弹簧一质点模型（下）图２碰撞检融合的应用开发。其中，ＯｐｅｎＨａｐｔｉｃｓ是ＳｅｎｓｅＡｂｌｅ公的开发工具包，包括ＱｕｉｃｋＨａｐｔｉｃｓ邋ＡＰＩ、Ｈａｐｔｉｃ邋Ｄｅｖｉｃｅ邋的接口库，能够满足不同用户的设计需求ｍ］；邋ＣＨＡＩ３的支持多种力反馈设备的开发工具包，它具有较好力觉渲染算法的基础上根据自己的需要设计新的渲染的方法支持新的力反馈设备｜｜２］。逡逑在不同教育层次中的应用逡逑技术、工程和数学（ＳＴＥＭ：邋Ｓｃｉｅｎｃｅ，Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，邋Ｅｎ会遇到－？些复杂抽象的内容。研宄表明，针对这些内策略，有助于提高学生的学习效率。在教学过程中，形式进行具体层次的学习，再从符号、公式等抽象层学，拉维克兰（Ｒａｖｉｋｉｒａｎ）等人［１３】开发了支持力反馈的

流程图,碰撞检测,流程图

元模型（上）和弹簧一质点模型（下）图２碰撞检融合的应用开发。其中，ＯｐｅｎＨａｐｔｉｃｓ是ＳｅｎｓｅＡｂｌｅ公的开发工具包，包括ＱｕｉｃｋＨａｐｔｉｃｓ邋ＡＰＩ、Ｈａｐｔｉｃ邋Ｄｅｖｉｃｅ邋的接口库，能够满足不同用户的设计需求ｍ］；邋ＣＨＡＩ３的支持多种力反馈设备的开发工具包，它具有较好力觉渲染算法的基础上根据自己的需要设计新的渲染的方法支持新的力反馈设备｜｜２］。逡逑在不同教育层次中的应用逡逑技术、工程和数学（ＳＴＥＭ：邋Ｓｃｉｅｎｃｅ，，Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，邋Ｅｎ会遇到－？些复杂抽象的内容。研宄表明，针对这些内策略，有助于提高学生的学习效率。在教学过程中，形式进行具体层次的学习，再从符号、公式等抽象层学，拉维克兰（Ｒａｖｉｋｉｒａｎ）等人［１３】开发了支持力反馈的
【学位授予单位】：南京师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：G613.7

【参考文献】