针灸虚拟现实系统的初步实现——谈VOXEL-MAN与力反馈仪的接口

主要讨论用触觉模型模拟针灸力感的实现过程中的关键问题。在融合了腧穴组织结构信息的三维数字人体基础上,利用命名管道技术,实现数字人体与力反馈设备之间通信。结合触觉模型,通过力反馈设备将力感真实地传递给操作者,为视觉和触觉信息融合一体的三维针灸虚拟现实作了初步探索,为中医针灸教学提供生动和高效的学习环境。     

关于三维地形建模简化技术的研究与实现

三维地形建模简化技术在三维场景构造中是非常重要的,并且该项技术在虚拟现实中也被普遍的应用。三维地形建模简化技术能够提供给人们视觉、听觉以及触觉上的真实感受。文章通过对层次细节技术和基于网格的模型简化技术对三维地形建模简化技术进行了研究,并且对该技术进行了相应的改善,从而能够更好的实现三维地形建模简化技术的应用。     

视触觉融合的增强现实三维注册方法

增强现实技术是近年来人机交互领域的研究热点。在增强现实环境下加入触觉感知,可使用户在真实场景中看到并感知到虚拟对象。为了实现增强现实环境下与虚拟对象之间更加自然的交互,提出一种视触觉融合的三维注册方法。基于图像视觉技术获得三维注册矩阵;借助空间转换关系求解出触觉空间与图像空间的转换关系;结合两者与摄像头空间的关系实现视触觉融合的增强现实交互场景。为验证该方法的有效性,设计了一个基于视触觉增强现实的组装机器人项目。用户可触摸并移动真实环境中的机器人零件,还能在触摸时感受到反馈力,使交互更具真实感。     

融合机器视觉和触觉的机器人自动接线方法研究

为保障电力行业的安全生产,降低人工接线操作的危险性和复杂度,提出了融合机器视觉和触觉的机器人自动接线方法。首先,基于改进的Faster R-CNN目标检测网络对导线进行识别,以实现导线端口的精确定位;然后,根据触觉传感器传回的碰撞信息,通过多层感知机（MLP）对碰撞类型进行分类,判断机械臂是否对导线完成了准确抓握;最后,利用三维坐标系对导线端口进行位置修正,并再次通过触觉传感器和带有回归器的MLP指导电线完成最终的接线操作。基于真实开关柜场景进行一系列电力接线实验,实验结果表明融合机器视觉和触觉的机器人自动接线方法可准确完成接线操作,在开关柜中的接线成功率最高可达到80%。所提方法对保障电力安全生产及降低人工接线的危险性具有实际工程意义。     

一种新型机器人三维力柔性触觉传感器的设计

基于柔性力敏导电橡胶材料,设计了一种能测量三维力的新型机器人柔性触觉传感器。研究了力敏导电橡胶材料的压阻效应,阐述了触觉传感器的设计思想,分别进行了触觉传感器单元设计和阵列结构设计和研究。获得了计算三维力的数学模型,并通过实验进行了三维力的验证。结果表明,设计的机器人三维力柔性触觉传感器具有设计简单,造价低廉,柔顺性好等优点,而且布置成阵列结构可用于医疗、体育、机器人等领域中检测三维力信息。     

动态触觉传感器的三维力学分析与补偿

建立了动态触觉传感器的三维力学模型 ,计算了触觉传感器表面弹性保护膜的低通效应值 ,利用反卷积算法部分补偿了这种低通效应 ,并对该算法进行了仿真实验。实验结果表明该算法的收敛性和接触力重构准确度能够满足实际应用的需要     

动态触觉传感器的三维力学分析与补偿

建立了动态触觉传感器的三维力学模型,计算了触觉传感器表面弹性保护膜的低通效应值,利用反卷积算法部分补偿了这种低通效应,并对该算法进行了仿真实验.实验结果表明该算法的收敛性和接触力重构准确度能够满足实际应用的需要.     

机器人触觉传感器力学建模与仿真

本文建立了动态触觉传感器的三维力学模型 ,计算了触觉传感器表面弹性保护膜的低通效应值 ,利用反卷积算法部分补偿了这种低通效应 ,并对该算法进行了仿真实验 .实验结果表明该算法的收敛性和接触力重构的精度能够满足实际应用的需要     

基于PVDF的三维机器人触觉传感器有限元分析

为了解决压电层合板层间应力连续性问题,从而更为准确地预测传感器的实际输出,利用COMSOL Multiphysics对基于PVDF压电薄膜的三维机器人触觉传感器进行有限元建模。利用三维线性理论建立了压电层半解析轴对称有限元模型,得出分别沿三个方向施加单向力时触觉传感器各压电薄膜的电压响应。仿真结果与标定值之间的误差小于6%,验证了设计的合理性和可行性。     

一种柔性三维力触觉传感器阵列的实现方法

介绍了一种可安装在曲面上,对三维力进行检测的柔性三维力触觉传感器阵列的实现方法.首先采用MEMS技术制备三维力触觉传感器阵列,再将多个三维力触觉传感器单元分别通过倒装焊技术集成在已加工好的柔性电路板基底上,实现了传感器与信号处理电路的互连和传感器阵列(4×4)的柔性化.采用信号选通的多路信号采集方法简化了传感器阵列的信号处理电路.测试结果表明,柔性触觉传感器阵列可弯曲变形90°以上,检测三维力的分辨率达到0.1 N.     

基于实例和约束的三维场景概念设计和系统实现

3D场景设计是VR建模中最重要也最耗人力的工作之一,如何解决该问题是一项重要的课题.本文提出一种新的基于实例和约束的三维场景概念设计方法.首先,根据所获取的场景实例中所蕴涵的不同层次的语义信息,对其进行场景元素过滤和场景语义标注,并由此构建三维场景实例库.相应地,对场景中可能出现的元素类别进行分类和语义标注,并建立场景元素库.接着,应用基于实例的方法,并结合场景设计过程中所涉及到的知识(约束),给出三维场景概念设计的一般方法;最后以一个实例对该方法做进一步的说明.研究表明,该方法符合人们对场景设计的一般过程.此外,由于场景实例和场景元素具有丰富的语义信息,使得所生成的场景除了常规的可视效果,还可以直接应用于虚拟现实环境以及三维动画等数字内容制作中.     

Automatic 3D Indoor Scene Updating with RGBD Cameras

Since indoor scenes are frequently changed in daily life, such as re‐layout of furniture, the 3D reconstructions for them should be flexible and easy to update. We present an automatic 3D scene update algorithm to indoor scenes by capturing scene variation with RGBD cameras. We assume an initial scene has been reconstructed in advance in manual or other semi‐automatic way before the change, and automatically update the reconstruction according to the newly captured RGBD images of the real scene update. It starts with an automatic segmentation process without manual interaction, which benefits from accurate labeling training from the initial 3D scene. After the segmentation, objects captured by RGBD camera are extracted to form a local updated scene. We formulate an optimization problem to compare to the initial scene to locate moved objects. The moved objects are then integrated with static objects in the initial scene to generate a new 3D scene. We demonstrate the efficiency and robustness of our approach by updating the 3D scene of several real‐world scenes.     

三维点云中的二维标记检测

特征检测在物体识别、数据配准等应用中具有至关重要的作用。同一场景中不同采集数据的配准和融合,必须已知或者估算不同数据中的共同特征对应点。然而,许多场景缺少有效对应特征点。解决该问题的一种有效的方法是在场景中添加标记以增加特征。文章提出一种在只含有位置信息的三维点云中自动检测二维标记的方法。该方法首先在三维场景添加黑色圆形薄纸片作为二维标记,利用区域增长法将获取的三维场景的点云数据分割成不同类别,然后基于随机抽样一致性算法的扩展方法依次对分割后的点云进行形状拟合,最后通过检测形状检测该二维标记。该方法能够有效地检测出三维场景中的二维标记,并避免了遮挡、形变等问题,为缺少特征的场景提供了简单可行的特征,可广泛应用于数据配准、物体识别、物体追踪、三维重建等领域。     

基于一种形式化方法的3D虚拟祭祀场景建模语言与环境

针对现有三维（3D）场景建模方法普遍存在着业务耦合度高,复杂场景对象属性和特征描述能力不强、不丰富,不能很好地解决3D虚拟祭祀场景建模的问题,提出了基于一种形式化方法的场景建模语言与建模环境。首先,通过引入场景对象、场景对象模板、场景对象模板属性三个层次的概念对3D虚拟祭祀场景的构成特点进行了详细分析;然后,提出了一种基于形式化松耦合、属性描述能力强、语言通用性灵活的3D场景建模语言;其次,设计了场景建模语言的操作,使得该语言可以通过应用程序编程接口（API）调用的方式完成编辑,实现了该语言对界面化建模的支持;最后定义了一套该语言的可扩展标记语言（XML）映射方法,使场景建模结果以XML文本格式进行存储,提升了建模结果的可复用性,并展示了建模的应用案例。应用结果表明,所提方法在增强新增数据类型特性支持的同时完善了序列属性、结构体属性类型的描述,使得对复杂场景对象属性和特征描述能力的通用性、灵活性更强,可复用程度高,在界面化建模支持程度上优于Su等（束搏,邱显杰,王兆其.基于图像的几何建模技术综述.计算机研究与发展,2010,47（3）：549-560）提出的方法,解决了3D虚拟祭祀场景建模问题。所提方法同样适用于其他组成粒度低、属性成分多、业务耦合度高的3D场景建模,并能提升建模效率。     

基于X3D的三维用户界面组态引擎设计

传统组态软件二维用户界面仿真度低,不能直观反映工业现场生产情况,针对该问题设计并实现了基于X3D的组态软件三维用户界面组态引擎.介绍了三维用户界面组态引擎的系统架构以及使用该引擎进行场景组态时的流程;基于X3D建立了三维场景对象库,并建立对象之间的关联作为场景组态的约束关系,利用其加快场景组态过程;使用XJ3D图形工具包实现了该引擎的原型系统.实验证明该引擎组态简便,使用其组态生成的三维用户界面具有较好的仿真效果.     

基于智能的配电网电力大数据三维场景可视化分析

配电网电力大数据的三维场景重构是实现数据优化挖掘的关键,提出基于人工智能的配电网电力大数据三维场景可视化分析方法。建立配电网电力大数据三维场景的网格分布结构模型,并进行配电网电力大数据三维场景实时数据监测,根据监测结果进行配电网电力大数据的统计特征分析,对配电网电力大数据三维场景实时数据采用信息融合和模糊层析性分析方法进行信息融合和自适应调度,提取配电网电力大数据的三维可视化分布特征量,采用视觉特征重构技术,实现对配电网电力大数据三维场景可视化重构,在人工智能算法控制下提高电力大数据三维场景可视化重构的精度。仿真结果表明,采用该方法进行配电网电力大数据三维场景可视化重构的精度较高,提高了配电网电力大数据挖掘的效能。     

增强现实技术在虚拟演播室系统中的应用

虚拟演播室是虚拟现实技术和视频合成技术相结合的产物,其场景是计算机生成的三维场景,由于人们对虚拟场景和复杂度的无限要求,使得场景的实时显示十分困难,使用基于图像的绘制技术构造虚拟空间能够较好地解决这个问题。在虚拟演播室中,演员需要与三维运动虚拟物体进行交互,运用增强现实技术,可以将三维虚拟物体与基于图象绘制的虚拟场景融合在一起。     

3D modeling of multiple-object scenes from sets of images

This paper proposes a new approach for multi-object 3D scene modeling. Scenes with multiple objects are characterized by object occlusions under several views, complex illumination conditions due to multiple reflections and shadows, as well as a variety of object shapes and surface properties. These factors raise huge challenges when attempting to model real 3D multi-object scene by using existing approaches which are designed mainly for single object modeling. The proposed method relies on the initialization provided by a rough 3D model of the scene estimated from the given set of multi-view images. The contributions described in this paper consists of two new methods for identifying and correcting errors in the reconstructed 3D scene. The first approach corrects the location of 3D patches from the scene after detecting the disparity between pairs of their projections into images. The second approach is called shape-from-contours and identifies discrepancies between projections of 3D objects and their corresponding contours, segmented from images. Both unsupervised and supervised segmentations are used to define the contours of objects.     

基于Creator的三维场景优化技术的应用

高质量的三维场景是虚拟现实系统中重要的组成部分，在三维场景的处理中存在两个主要问题：一是载入场景文件要花费很多时间；二是即使在高性能的PC机上，浏览场景也是一件繁重而费时的事情。在三维场景数据未优化状态下，较大规模的场景变换通常会滞后几秒钟甚至几分钟。本文从算法、建模和渲染速度三个方面改进了几种场景数据优化技术，在应用中取得理想的效果。     

基于OpenGL的钻井三维场景动态仿真

为能在脱离钻井现场的情况下向学员展示钻井操作的工艺流程,开发基于OpenGL的钻井三维场景仿真系统．利用3DSMAX构造复杂的钻井设备模型;在OpenGL平台中调用该模型,并利用双缓存技术控制各三维模型在场景中平滑的运动,实现钻井三维场景的动态仿真．该系统可以逼真地仿真正常钻进、起下钻、卸扣和上卡等多种钻井工艺流程．