虚拟现实技术在机械安全领域的应用展望

虚拟现实技术是近年来发展十分迅速的一项计算机技术,该技术是模拟人类视觉、听觉、力觉、触觉等感知行为的高度逼真的人机交互技术,虚拟现实技术现在已经成功地应用在各种领域,如机械、电子、航空航天、医疗、教育等。在机械安全领域通过运用虚拟现实技术,可以模拟再现安全事故的发生,深入研究事故的因果,以便优化机械安全设计,降低机械安全风险,保障人身安全和健康。本文就虚拟现实技术在机械安全领域的应用进行分析探讨,并对应用前景进行了展望。     

虚拟现实力觉临场感遥控作业系统的研究进展

本文阐述了虚拟现实技术在力觉临场感遥控作业系统中的研究和应用背景、状况和主要内容,综述了虚拟现实力觉临场遥控作业实系统的国内外最近研究进展,并介绍了目前研究亟需解决的关键技术,指出虚拟现实力觉临场感遥控作业系统的研究对临场感技术以至于非确定性环境下作业的第三代机器人的发展有着非常重要的理论意义和应用价值。     

基于音视频的自动化低成本VR视频生成方法研究

虚拟现实(VR)技术的发展和相应硬件设备的普及,使得VR视频内容具有非常大的发展潜力。但VR视频的制作存在两个方面的挑战:一是新内容的VR视频生成成本很高;二是过去的影音资料难以重新录制成VR视频。本文提出一种新颖、低成本的利用已有影音资料生成VR视频的方法,该方法结合自然语言处理技术(NLP)、3D建模、虚拟现实等技术,可以快速、低成本生成VR视频。实验表明,本文方法可以大幅度节省制作成本,过去的音视频也可以生成沉浸感强的VR视频。     

基于虚拟3D视觉和力觉交互的SEM遥纳操作系统

为增强纳米操作的交互性,本文结合虚拟现实技术,借助力觉反馈设备搭建了基于虚拟3D视觉反馈与虚拟力觉反馈的遥纳操作平台.为确保虚拟环境能够正确反映真实的纳米操作环境,对虚拟模型的碰撞检测和力觉渲染进行了详细设计;同时在力觉反馈设备和虚拟环境之间引入虚拟匹配环节保证力觉交互接口的稳定,增强主端控制模块的协调性.为实现准确的纳米操作,采用基于兴趣区域的图像特征方法提取探针深度信息,快速建立图像模糊度与探针到基底的距离的关系,实现对探针的闭环控制.最后,利用所述的系统平台以及操作方法,完成了单根ZnO纳米线的转移实验.     

面向牙科手术培训的力觉合成技术

虚拟现实系统的沉浸感和交互性是高性能系统的重要特征,对于医学应用的虚拟现实尤其如此.文中针对牙科手术培训中训练医生触力觉感受的需求,重点研究基于三角面片网格模型的真实感触力觉合成技术,包括基于多更新率的力觉渲染体系架构、基于均匀空间划分和时间连续性的实时碰撞检测算法、基于虚拟代理的接触碰撞响应算法、基于等效接触模型的切削力计算模型,以及滑动速度驱动的大规模数据多层次力觉渲染算法等.建立了力觉-视觉融合的牙科操作培训系统的原型物理样机,实现了龋齿探查、牙齿纵截面物理属性感知、牙体钻削制备等典型牙科手术操作模拟.文中的触力觉合成技术是构建虚拟现实培训系统的共性问题,不但适用于牙科手术操作领域,也可用于其他外科手术培训系统.     

力觉临场感系统中操作环境的实时建模

力觉临场感遥操作的操作环境常常是未知的，为使本地操作可以无障碍，无失真地实时感知远地环境特征，需对未知的操作环境在线建模，然而在该研究领域目前还没有找到完善的方法实现这一要求，为此，本研究根据辨识理论，提出了一种对力觉临场感系统中的操作环境进行了实时在线建模的新思路。并经仿真研究，证明是可行的。     

约束切换与阻抗显示力反馈设备的稳定性研究

􀁽研究了虚拟现实力觉交互系统中基于阻抗显示原理的交互设备丧失稳定性的原因以及振荡抑制方法.通过分析单边约束的特点,将复杂虚拟物体形状的感知和交互过程归结为动态单边约束的接触问题.采用力反馈设备Phantom建立试验平台,通过分析不同类型的单边约束下虚拟力信号的时间和空间分布规律,发现了动态单边约束交互仿真中产生振荡的原因.给出了基于虚拟力信号空间梯度的消除振荡的方法.试验表明,该方法可以有效抑制振荡,实现稳定的力觉交互控制.     

基于物理的虚拟手交互碰撞力觉生成和反馈

提出一种考虑摩擦的虚拟手交互碰撞力觉生成和反馈方法，以让用户手指感受到逼真的冲击，增强虚拟操作的真实性和沉浸感．该方法首先运用冲量定理和弹性恢复系数，求得质点刚体在二维空间碰撞后的运动状态，然后结合库仑定理，生成质点刚体有摩擦的碰撞力，并拓展到三维空间的虚拟环境中，计算非质点的虚拟刚体碰撞的力矩，再通过虚拟手静力抓持力觉生成模型，将碰撞力和碰撞力矩作用到虚拟手上，求得每个虚拟手指受到的冲击力．当虚拟手抓持的物体与其它虚拟物体发生碰撞时，利用CyberGrasp力觉反馈数据手套，用户手指可感受到逼真的冲击力．实验结果表明运用所提出的方法，用户在虚拟装配时可感受到真实的碰撞力．     

一种基于传感器的人体上肢运动实时跟踪方法

实时跟踪人体运动是人机交互的重要研究课题,可以广泛应用于虚拟现实、虚拟人运动合成、聋人手语自动生成、计算机3D动画、机器人运动控制、远程人机交互等领域。文中介绍了一种基于传感器的人体上肢运动实时跟踪方法,给出了该方法的虚拟人模型、计算原理与校正方法,最后介绍了整个方法的实现以及在中国聋人手语自动合成中的应用。该方法具有使用传感器少,运动跟踪精度高、计算过程简单而且速度快等特点。     

自由拍摄视点下的可见外壳生成算法

给出了一种使用手持相机拍摄的多幅图像构造可见外壳的方法，该方法无需对相机运动方式作任何限定，而是利用多幅图像上的对应特征点求出每一幅图像的拍摄方位，因而可以非常灵活地获取某些较大规模的室外场景的几何模型．实验结果表明，利用该方法生成的可见外壳模型准确真实，能够满足虚拟现实等应用中的要求．