虚拟手模型及其抓取技术

在深入分析手的解剖结构和运动特点的基础上，采用层次结构建模方法，建立了虚拟手模型、然后针对已有的虚拟手抓取规则过于简化的特点，提出了一种新的虚拟手抓取规则．该规则能够使虚拟手正确地抓取虚拟环境中的物体．最后运用虚拟手模型和抓取规则实现了虚拟手对虚拟物体的抓取、移动和释放操作．     

虚拟环境下物体的手抓取

本文分析了手模型及其虚拟环境下物体的操作方法，提出了点接触平面法矢的手握持抓取方法。在此基础上运用虚拟手模型和抓取规则实现了在虚拟环境下对物体的抓取、移动和释放，实例说明能够使虚拟手正确地抓取虚拟环境中的物体。     

一种基于非线性弹簧模型的虚拟手交互新方法

基于虚拟手的交互技术在人机交互和人机工程学测试等应用中发挥着重要的作用。为了实现直观自然、实时准确、接近真实世界中的虚拟手与虚拟物体的交互,并计算出反馈作用力,首先提出了用非线性弹簧模型计算抓取作用力,使虚拟手和虚拟环境之间实现了基于物理的交互;然后将计算结果以视觉渲染的形式反馈给用户,并对仿真的速率做了定量分析,以便使仿真速率可以达到屏幕刷新频率和力反馈刷新频率的要求。实验结果表明,虚拟手不仅可以直观自然地抓取3维虚拟物体,而且和3维物体之间能够进行实时交互,同时可计算出反馈作用力。     

虚拟手交互中约束类物体操作研究

虚拟手技术是虚拟现实技术中的一种交互方式，是指通过手势识别技术将人的真实手映射到虚拟环境中并与虚拟物体进行交互操作的人机交互方式。主要应用于虚拟训练、虚拟手术和虚拟装配等领域。对虚拟手交互的约束类对象进行了研究，提出了基于运动学的约束类物体操作方法，解决了阀门类有约束物体交互中虚拟手姿态不真实、操作不可控的问题。设计实验验证了基于运动学的方法能以符合实际操作的效果完成虚拟现实系统中的操作任务，可以应用到虚拟训练、虚拟装配等仿真平台。     

虚拟环境中的多手指抓取操作技术

抓取操作是虚拟手操作的关键部分.为了实现无力反馈条件下抓取的真实准确,提出一种虚拟环境中的虚拟手抓取方法.通过建立虚拟手结构模型和采用状态变换描述抓取过程,实现了未被抓取和被抓取时的模型运动控制;对逆运动学循环坐标下降算法进行改进,并结合正向运动学方法调整手指姿态,解决了手指穿透问题;通过确立抓取条件,保证了抓取操作的真实准确.利用二次开发环境CAA将数据手套与CATIA V5集成,在无力反馈虚拟原型系统中实现了简单模型的抓取,证明了文中方法的正确性及实时性.     

虚拟手自然抓取动作生成研究

在虚拟抓取规划中,生成稳定的抓取姿态非常重要,但是只考虑稳定性往往会导致抓取姿态不符合自然的人手抓取习惯.为了生成既满足物理约束又符合人手抓取习惯的自然抓取姿态,提出一种基于抓取分类理论的虚拟手自然抓取规划算法.首先根据人类抓取分类理论,基于人类行为构建物体形状与人手抓取姿态之间的映射关系,然后在动作规划中加入人手抓取姿态的引导,最终在虚拟手的位姿空间中找到一组自然的抓取姿态.对于复杂的多部件物体,先将其分割成可抓的部件,再对可抓部件进行自然抓取动作的生成.实验中展示了以人类抓取分类理论中的5种人手抓取姿态为指导,对常见的三维物体生成自然抓取姿态的结果,经用户评估,所提算法生成的抓取动作相比其他算法更符合人手抓取习惯.     

基于虚拟手的人机交互关键技术

基于虚拟手的人机交互技术是虚拟现实中的研究热点。对其中的关键技术进行了研究,采用多边形网格建模方法,建立了虚拟手的逼真几何模型;基于Virtools平台开发了数据手套的数据采集模块,提出使用基于初始值的数据转换方法,解决了开始运动时的跳变问题,同时对手指的外展运动,使用约束值方法进行处理,提高了虚拟手与真实人手匹配一致性;最后,针对虚拟手与虚拟物体的操作交互,提出了一种基于有效阈值角度的抓取算法。通过Virtools平台进行验证,实验结果表明:虚拟手模型逼真度高,手型变化自然;同时实现了虚拟手对虚拟物体的操作交互,具有很强的实用性。     

适应物体形状的虚拟手抓取

目的 虚拟手抓取是虚拟交互中的核心技术之一,直接影响沉浸感。已有的虚拟手抓取规则基于接触点法矢夹角和接触点与体心连线的夹角,但在部分形状上不能正确抓取。为此提出一种适应物体形状的抓取规则。方法 针对长方体、球、圆柱这些构成物体的基本几何体,利用形状特征和手指抓握的接触关系制定抓取规则：1）长方体的规则是至少有3个不共线的接触点,并且一对接触点法矢夹角超过90°;2）球的规则要对接触点和球心的空间关系进行计算;3）圆柱的规则根据接触点是否在曲面上,使用长方体规则,或是仿照球的规则判断。对于需要使用多个几何体描述外形的复杂物体,先按照这3种基本几何体分解、单独计算,然后筛选出其中不稳定状态的几何体,把整体的接触点位置、法矢信息集中在这些不稳定状态几何体上,用单一几何体的抓取规则计算整体的抓取。同时加入力矩平衡可能性的计算,抓取规则和力矩平衡二者都满足才判定抓取成功,进一步减少了错误判断的发生。结果 使用unity3d构建虚拟场景,并用neuron的数据手套采集人体、手指数据,进行虚拟交互的仿真。该方法可以正确处理类似水杯这样的多几何体组合物体的抓取判断。结论 本文提出了基于物体形状的抓取规则,和用简单基本形状分解复杂物体的计算方法,准确计算抓取,符合直观感受。     

爆炸装置排除视景仿真系统的设计与实现

为解决当前爆炸装置排除训练过程中训练装置制作复杂,且每次重复制作,投入人力物力较大等问题,设计了爆炸装置排除视景仿真训练系统.以虚拟现实技术为基础对系统进行了层次结构划分与硬件结构设计,并运用面向对象思想对系统进行模块化设计,利用简单工厂、模板方法等设计模式对排爆工具模块进行扩展性设计;结合ODE物理引擎解决了装置节点间的碰撞检测,利用OSG相交性测试与矩阵变换解决了虚拟手抓取物体,通过正确排除顺序与用户排除顺序比较的方法解决了装置排除正确性判断等关键技术,以VC++为开发环境实现了爆炸装置排除仿真训练系统.实践证明:该系统仿真度高,达到了爆炸装置排除仿真训练的效果,且易于操作,具有较强的扩展性.     

一种数据手套交互控制模块的设计与应用

在三维虚拟环境下进行虚拟制造(VM),是当今制造业发展的趋势.数据手套是实现虚拟现实技术的交互设备之一,数据手套的应用对于虚拟制造非常重要.研究数据手套的功能和原理,设计了一种面向虚拟制造的数据手套交互控制模块.通过虚拟手的建模以及数据手套实时采集数据,来实现虚拟手与人手的手势映射,并结合层次包围盒算法实现虚拟手与虚拟场景的碰撞检测.研究结果显示,在模块下人手到虚拟手的动作映射和虚拟手对虚拟物体的碰撞检测能基本满足虚拟制造系统的理论要求,具有一定的实用性.     

虚拟现实及其在网络中的实现

虚拟现实是一种新型信息技术，它在许多领域得到了广泛的应用。该文介绍了虚拟现实的特征，系统基本构成和分类，以及实现虚拟现实的关键技术，并对虚拟现实在网络中的应用技术WEB3D进行了探讨，介绍了它的代表技术，并提出了实现WEB3D的方法和工具，最后介绍了一种基于VRML-JAVA的网络虚拟现实系统。     

基于虚拟现实的潜艇虚拟装配系统

该系统是基于虚拟现实技术的潜艇虚拟装配系统。系统使用Creator／Vega虚拟现实软件平台实现，建立非常真实的虚拟装配环境，使用户有身临装配现场的感觉。用户在三维鼠标、位置跟踪器的帮助下可以随意地平移和旋转模型，完成装配操作。同时，该系统运用了Vega容体碰撞检测技术，较好地解决了虚拟装配中的瓶颈--实时碰撞检测。此系统大大缩短了设计周期，节省了设计制造的费用。     

面向对象的虚拟手技术研究及实现

虚拟手技术是一种很有前途的人机交互技术。本文采用面向对象的方法，建立了一个虚拟手模型，并给出了从人手到虚拟手合理的运动映射算法。然后以Open Inventor为软件平台，采用数据手套和位置跟踪器作为主要的输入设备，开发了一个虚拟手原型系统，实现了人手与虚拟手的直接交互，并能自然、高效地完成一些虚拟操作。     

基于增强现实的机器人远程控制系统研究

虚拟现实技术的应用使远程控制系统得到发展,增强现实技术是虚拟现实技术的拓展,它将计算机生成的虚拟物体叠加到用户感知的真实世界中.提出并实现了一种基于增强现实的机器人远程控制系统,并就其结构和关键技术进行详细的说明,实验及运行结果表明该系统能有效地改善人机交互能力,并能提高远程控制的精度.     

基于HTC VIVE的虚拟针灸教学软件设计研究

随着计算机技术的不断发展,虚拟现实技术在传统教学中有了越来越多的应用。为提高学生对中医针灸的学习兴趣和对人体穴位基本理论知识的理解与记忆,研究基于虚拟现实技术的中医虚拟针灸教学软件开发中的关键技术。采用3d Max软件对人体模型建模,注重人体关键部位轮廓的绘制;并结合虚拟现实设备HTC VIVE,利用Unity3D软件中建立虚拟场景;最后,重点使用JSON语言实现穴位信息存储管理,完成人机交互模式设计,为辅助中医针灸教学提供了一种新方法。     

基于三维仿真的输（调）水系统实时调控实现平台研究

以南水北调中线工程为例,研制基于三维仿真的输(调)水系统的实时调控实现平台。研究虚拟仿真平台的构建、海量数据的分页调度、碰撞检测、闸门建模等技术,实现场景三维可视化与漫游、二维导航图与三维场景的实时联动、基于三维场景的集成查询与显示、基于水量调度模型的调水方案的分层显示、基于水动力学模型的三维水面动态模拟和流场动态可视化、基于实时调控的闸门可视化动态仿真等功能。该平台可为南水北调中线工程运行管理决策支持系统建设提供技术支撑,并为相似工程提供借鉴。     

定位技术在虚拟现实中的应用综述

近年来,我国虚拟现实技术随着5G技术、传感器技术以及民用图形处理器的发展而快速发展,教育、交通、商业、娱乐、工业等领域对虚拟现实的需求与日俱增。虚拟现实技术是一门崭新的综合性信息技术,其中的定位技术是决定用户沉浸感和交互感的关键技术,是虚拟现实技术的重要依托。因此,需要着重对虚拟现实技术的定位技术进行总结。首先介绍了虚拟现实和定位技术;其次详细分析对比了目前虚拟现实系统中使用的典型定位技术,介绍了这些技术的原理、相关研究成果以及它们在虚拟现实中具体的运用场景;然后介绍了目前市场上主流的虚拟现实定位设备,继而讨论了虚拟现实定位技术使用的定位算法;最后介绍了虚拟现实定位技术目前存在的问题和今后的发展方向。     

基于虚拟现实的短波测向训练系统研究与设计

对短波测向相关知识进行简要介绍,针对虚拟现实技术和短波测向技术的发展,提出基于虚拟现实的短波测向训练系统。系统采用模块化的设计思想并给出了详细流程,最后对系统的关键技术进行了分析。系统研究与设计对虚拟现实技术的运用及短波测向训练的发展具有重要的理论和实践意义。     

虚拟现实建模技术在数字化发射场中的应用

建立数字化发射场是卫星发射信息化和应急保障的基础。本文结合某卫星发射场实时性和交互性视景仿真实现的特点，采用基于三维几何模型的建模及动态显示技术的虚拟场景创建方法，讨论了虚拟漫游系统中建模流程、方法，以及关键技术的实现，分析了通用的三维场景建模的技术路线和流程，给出了地物、天空和实体模型构建的实际解决方案、方法，讨论了基于MultiGen Creator的模型格式转换、纹理贴图、模型简化、LOD技术、DOF技术等建模关键技术。采用MultiGen Creator和Vega软件平台，开发出了一个桌面型的虚拟发射场仿真系统，实现了发射场的数字化和卫星发射的实时仿真。     

基于虚拟现实技术的网络虚拟实验室设计与实现

针对如何克服实验条件的限制而随时随地开展实验,探讨应用虚拟现实技术开发虚拟实验的方法,并在此基础上实现一个网络化虚拟实验室系统,系统开发过程中采用的构建方法和实现技术能够应用于一般虚拟实验室系统的开发,为应用虚拟现实技术提高虚拟实验的真实感和改善教学效果提供可行的途径。