虚拟手交互抓持力仿真研究

发布时间：2017-06-28 02:11

  本文关键词：虚拟手交互抓持力仿真研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：虚拟手交互是把人手操作的信息输入到虚拟环境中,主从控制相应的虚拟手对虚拟物体进行操作。为了改进虚拟手交互的自然性和真实性,本文基于虚拟手交互提出了一种虚拟手抓持力觉反馈系统。该系统主要包括基于CybergloveII手套的人手指关节位姿获取、基于PPT跟踪器的人手空间位姿获取和基于物理的虚拟手抓持力生成等组成,通过构建虚拟手主从控制接口,设定虚拟手操作意图,实现虚拟手的自然交互和抓持力生成。实验结果表明此方法可以较好地获取人手运动数据,实现主从控制的虚拟手操作,生成逼真的抓持力,交互行为自然、响应速度快速,具有较强的沉浸感和真实性。本文的主要工作是设计基于数据手套以及PPT追踪设备等虚拟现实设备装置的虚拟目标物体操作系统以及虚拟手抓持力觉反馈系统。完成对于虚拟目标物体的重要属性的计算,以及针对机械平台上对物体的托举实验对比,从而完成对虚拟手力觉反馈算法的真实性以及正确性进行实验验证以及对于虚拟手套以及PPT追踪设备进行实验验证,提高在虚拟手抓持反馈中用户体验,达到本文最终目的。首先,本文从虚拟手抓持力觉生成的背景、目的以及意义等方面进行了简单的描述。回顾了国内外学者对于此课题的研究,简述虚拟手力觉抓持力生成研究领域的研究历程,对比了国内外研究的进程及方式,总结出此问题计算、设计与研究的重点以及难点,在虚拟环境视觉传递方面,包括数据手套的数据传递与接收,PPT追踪系统的数据追踪以及如何实时地将两者所收集的动态数据传递给工作站,如何动态驱动虚拟现实环境中的虚拟手以及虚拟物体的运动。在虚拟手抓持虚拟目标物体方面,虚拟手与虚拟目标物体接触点的求解问题,虚拟目标物体的重要属性如体积、重心、法矢等属性求解算法设计问题,以及最重要的每个接触点反馈力求解的问题等,在本文均有明确提出研究的目的与内容。其次,对于上述的难点问题,本文做了明确的算法设计,并且设计出一款集中数据手套、PPT追踪系统以及虚拟手抓持力反馈算法的软件,用于为用户提供自然且富有沉浸感的基于虚拟环境的人机交互系统。再次,本文对于上述算法以及设计均作了相应的实验研究,从机械平台的搭建验证虚拟手抓持力觉生成的正确性到验证多点选取抓持目标虚拟物体抓持力求解的通用。并且验证了在数据手套与PPT追踪系统的作用下,虚拟手对于虚拟目标物体抓持产生实时的力觉反馈实验。这些实验在之后章节中均有详细的论证及研究。最后,对全文进行总结,并对虚拟手抓持力反馈方法进行了展望。
【关键词】：虚拟现实 虚拟手 追踪器 力觉生成 人机交互
【学位授予单位】：浙江理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP391.9
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-14
• 1.0 引言9
• 1.1 论文的研究背景及意义9-10
• 1.1.1 研究背景9
• 1.1.2 研究意义9-10
• 1.2 虚拟手交互问题现状10-11
• 1.3 人手力触觉力测量现状11-12
• 1.4 人手最小力抓持求解系统现状12
• 1.5 论文的研究目标12
• 1.6 论文的主要内容12-13
• 1.7 本章小结13-14
• 第二章 虚拟手交互问题14-22
• 2.1 引言14
• 2.2 虚拟手驱动14-17
• 2.2.1 虚拟手驱动数据14-16
• 2.2.2 虚拟手位置跟踪16-17
• 2.3 虚拟手建模规则与流程17-19
• 2.4 虚拟手操作意图实现19-21
• 2.5 本章小结21-22
• 第三章 虚拟手抓持力觉生成问题22-44
• 3.1 引言22
• 3.2 虚拟手力觉抓持原理22-43
• 3.2.0 虚拟物体OBJ文件简介22-25
• 3.2.1 虚拟目标模型虚拟手交互碰撞力觉生成算法与实现25-31
• 3.2.2 虚拟物体接触点求解算法与实现31-32
• 3.2.3 虚拟目标模型法矢求解问题与实现32-34
• 3.2.4 虚拟目标模型体积求解算法与实现34-39
• 3.2.5 虚拟目标模型重心求解算法与实现39-43
• 3.3 本章小结43-44
• 第四章 虚拟手抓持力生成系统简介44-50
• 4.1 引言44
• 4.2 虚拟手抓持力生成系统架构44-49
• 4.2.1 系统主体架构44
• 4.2.2 虚拟视觉场景与力觉生成的系统实现44-49
• 4.3 本章小结49-50
• 第五章 虚拟手抓持力生成系统的评价50-67
• 5.1 引言50
• 5.2 虚拟手交互抓持力算法模型有无解条件实验验证50-52
• 5.3 虚拟手交互抓持力算法模型正确性及精度的评估52-60
• 5.4 虚拟抓持力算法模型的通用性的评估60-62
• 5.5 虚拟手抓持物体运动算法模型的正确性的评估62-64
• 5.6 虚拟手交互抓持力觉生成系统实验研究64-65
• 5.7 本章小结65-67
• 第六章 总结与展望67-69
• 6.1 论文总结67-68
• 6.2 论文不足和后续工作68-69
• 参考文献69-73
• 攻读硕士学位期间参加的科研项目和成果73-74
• 致谢74-75
• 附件75-80

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本文编号：492120