基于虚拟手交互技术的研究

发布时间：2017-04-22 19:02

  本文关键词：基于虚拟手交互技术的研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：在“文化主题园区三维实体虚拟显示关键技术研发”这个项目中,其核心技术就是虚拟现实(Virtual Reality,VR)技术,VR是当今计算机网络世界的热点之一,应用广泛且前景美好。在虚拟场景中,VR技术利用各种直观感觉(如视觉、听觉、触觉)将信息反馈给用户,让其产生身临其境的感觉。计算机技术的发展,使得虚拟现实技术也得到了广泛的发展,其中基于虚拟手的人机交互技术是虚拟现实领域中一个非常关键的技术,它使得交互更加自然、更加和谐。本文的研究重点是真实手到虚拟手的运动映射、碰撞检测和虚拟手精确稳定抓取。在真实手到虚拟手的运动映射方面,在基于Kinect的虚拟手交互中,本文提出了基于卡尔曼滤波的手部运动重定向的方法。该方法的应用使得虚拟模型与真实人物角色的动作相似,更重要的是虚拟模型的动作真实自然。在碰撞检测方面,针对目前在大规模复杂场景中的碰撞检测算法精度差且效率低的问题,并且基于手抓取物体的特性,本文提出了一种基于八叉树的层次方向包围盒(OBB)碰撞检测的改进算法。该方法由粗略、详细到精确递进地进行检测,极大地提高了碰撞检测的效率和精度,实验表明该方法具有可行性。在虚拟手抓取方面,通过对目前各种典型的虚拟手抓取算法的深入研究,发现其抓取姿势不自然且抓取不稳定。针对上述问题并结合真实人手抓取物体的规律,提出一种基于手指指尖抓取轨迹的抓取算法,该抓取算法不仅能够正确稳定地抓取物体,而且抓取的姿势非常真实和自然,满足虚拟现实沉浸性和实时性的要求。
【关键词】：虚拟手 人机交互 运动重定向 碰撞检测 抓取
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP391.9
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 绪论10-15
• 1.1 课题研究的背景及意义10-11
• 1.1.1 选题的依据和背景情况10-11
• 1.1.2 课题研究目的和意义11
• 1.2 国内外研究现状、发展动态11-14
• 1.2.1 运动重定向研究现状11-12
• 1.2.2 碰撞检测研究现状12-13
• 1.2.3 虚拟手抓取研究现状13-14
• 1.3 本文的主要内容14-15
• 2 数据捕获15-24
• 2.1 Kinect的工作原理和关键技术15-17
• 2.1.1 Kinect的工作原理15-16
• 2.1.2 Kinect的关键技术——深度测量技术16-17
• 2.2 Kinect数据的捕获17-19
• 2.2.1 图像数据流的获取17-19
• 2.2.2 彩色数据和深度数据的合并19
• 2.3 运动数据捕获19-23
• 2.3.1 人手识别19-21
• 2.3.2 人手骨架提取21-22
• 2.3.3 人手骨骼关节点的修正22-23
• 2.4 本章小结23-24
• 3 真实手到虚拟手的映射24-38
• 3.1 引言24
• 3.2 人手骨骼关节点的绑定和运动规律24-30
• 3.2.1 人手骨骼关节点的对应绑定24-27
• 3.2.2 人手骨骼及运动规律27-30
• 3.3 基于四元数运动数据描述30-32
• 3.3.1 传统旋转信息表示法30-31
• 3.3.2 四元数31-32
• 3.4 基于卡尔曼滤波的手部运动重定向32-36
• 3.4.1 调整初始姿态32-33
• 3.4.2 手部关节的约束特征33-34
• 3.4.3 手部运动数据重定向34-36
• 3.5 实验结果与分析36-37
• 3.6 本章小结37-38
• 4 碰撞检测38-46
• 4.1 引言38
• 4.2 基于八叉树的包围盒碰撞检测算法38-41
• 4.2.1 八叉树38-39
• 4.2.2 包围盒算法39-41
• 4.2.3 基于八叉树的层次包围盒算法41
• 4.3 虚拟手抓取的碰撞检测算法41-44
• 4.3.1 粗略的碰撞检测41-42
• 4.3.2 详细的碰撞检测42-43
• 4.3.3 精确的碰撞检测43-44
• 4.4 实验结果与分析44
• 4.5 本章小结44-46
• 5 虚拟手抓取46-54
• 5.1 引言46-47
• 5.2 手抓取操作的特征47-48
• 5.3 基于手指指尖抓取轨迹的抓取算法48-52
• 5.3.1 指尖轨迹线的生成48
• 5.3.2 抓取规则48-49
• 5.3.3 抓取算法49-52
• 5.4 系统实现52-53
• 5.4.1 系统构成52
• 5.4.2 实验结果52-53
• 5.5 本章小结53-54
• 6 总结与展望54-56
• 6.1 本文的工作总结54-55
• 6.2 今后研究工作的展望55-56
• 参考文献56-60
• 攻读硕士学位期间发表的论文及所取得的研究成果60-61
• 致谢61-63

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2 车念;;浅谈手机游戏中的碰撞检测[J];技术与市场;2009年11期

3 曾俊武,郭齐胜,李斌;车辆碰撞检测的一种简化数学模型[J];计算机仿真;2000年06期

4 陈e

本文编号：321044