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。     

基于WTK的数据手套交互控制模块设计与实现

依据虚拟现实中数据手套操纵的虚拟手与虚拟场景的交互控制过程，在VC 环境下，设计了一个基于WTK的数据手套交互控制模块，重点研究其中的虚拟手手势合成技术和交互操作中的碰撞检测技术。提出用平行节点数据结构组织虚拟手模型，用空间图形变换法实现手势合成；结合包围盒和多边形碰撞检测法，研究了虚拟手与虚拟场景的碰撞检测。应用结果显示，虚拟手可动态地呈现与人手基本一致的手势，能够比较逼真地实现了虚拟手抓取物体、释放物体等交互操作。     

Virtools与Visual C++信息交互技术研究

为弥补虚拟开发平台Virtools通信模式的缺陷,丰富Virtools与其他软件平台的通信手段,拓展应用范围,针对Virtools与VC的通信机制,提出通过开发UDP通信模块、串口通信模块以及利用Virtools消息机制和Virtools阵列输出机制完成两种软件平台之间数据交互的方法。充分发挥VC开发平台良好的兼容性,为Virtools与其他不同软件平台间进行信息交互提供可行途径。     

基于数据手套的人机交互环境设计

在对于手结构和手关节运动深入分析的基础上,建立了基于约束的,以关节为节点的“父,子物体”链接的虚拟手模型,绘制了虚拟手。通过对数据手套及接口的分析与设计,根据手运动类型的约束条件及图形变换原理,实现了基于数据手套的手势合成,碰撞检测和碰撞处理的三维交互操作环境,在该虚拟环境中,虚拟手可以进行飞行,抓骤,释放物体等各类运动与操作。     

基于Virtools的虚拟校园在线交互设计与实现

在虚拟校园中,人性化的人机交互设计可提高系统的可用性和用户友好性。本系统在线展示了校园的仿真模型,并提供了可供用户操作的虚拟人物及其交互功能,使用户能尽可能真实地了解校园。为了使用户在浏览虚拟校园时获得更好的在线交互体验,提出并实现了虚拟校园系统需要解决的几个主要交互功能:人物及其视角交互、场景链接交互、信息链接交互、信息提示交互以及虚拟场景中物体的交互。该系统采用了多场景建模方法,以大化小、分而治之,避免使用过大的场景,缩短了系统的在线响应时间;使用Virtools自带的VSL脚本语言实现系统较复杂的交互功能,提高了程序的可重用性和可维护性,同时减少了系统占用的内存空间,提高了运行速度,并且实现了一些Virtools内置的BB不能实现的功能。     

虚拟生产线协同操作系统的开发

采用Flash+Virtools+PHP+MySQL的构架,通过网络通信控制构建了具有DCS控制的、实时交互功能的虚拟啤酒生产线协同操作系统.该系统通过Virtools与Flash之间的数据通信实现了二维DCS对三维场景的远程控制和数据采集,利用Virtools强大的网络联机引擎实现了使用者对三维场景的协同操作,对Flash和Virtools两平台之间的数据通信和基于Virtools的分布式虚拟现实技术进行了探索,开发的系统时职业教育实训和相关企业岗位培训显示出较高的使用价值.     

虚拟手抓持规则融合策略研究

群体虚拟手抓持规则是虚拟手和虚拟物体进行抓持操作的交互规则,用于判定虚拟手是否能够成功抓持物体。对基于几何的虚拟手抓持规则和基于物理的虚拟手抓持规则分别进行了研究,针对基于几何的虚拟手抓持规则规则简单、仿真效果较差,基于物理模型的虚拟手抓持规则计算复杂、难以实现实时仿真的问题:（1）改进基于几何的虚拟手抓持规则,通过接触点位置、法矢和抓持面法矢制定抓持规则,使其效果逼近力封闭虚拟手抓持规则;（2）利用力封闭计算中抓持接触点和法矢不变的特性,通过内力配比避免了抓持操作中的非线性规划求解,使抓持操作阶段实现实时仿真;（3）通过几何约束进行初始抓持判断-力封闭计算校正-内力配比力封闭计算的策略,实现了完整的抓持过程实时仿真。设计的交互实验说明该抓持规则能实现高沉浸感和实时性的抓持仿真,可以应用到虚拟训练、虚拟装配等仿真平台。     

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。     

虚拟场景中基于数据手套的交互方法

为了提高操作训练仿真系统的真实性、沉浸感，提高交互的质量和效率，将数据手套引入该系统。针对该输入设备，对其使用方法、数据读取以及交互方法进行了研究。利用Creator软件建立虚拟场景和虚拟手模型，在VC 和Vega集成开发环境中编程实现虚拟场景中基于数据手套的交互。     

虚拟昆曲博物馆的几个关键技术探讨

用Virtools作为系统整合平台,以昆曲博物馆作为虚拟对象,研究开发了虚拟昆曲博物馆的漫游系统.使用3DSMAX作为建模工具,进行模型优化、渲染及烘焙,导入Virtools中建立资源库,采用行为交互模块建立虚拟博物馆的动作和系统人机交互.     

基于虚拟现实技术的钻井仿真系统设计

针对基于三维动画和OpenGL技术的钻井仿真系统存在画面沉浸感不强、交互性差等不足,开发了基于虚拟现实技术钻井仿真系统。在对钻井过程进行数学建模的基础上,设计了模型计算软件,该软件逼真地再现了钻井现场参数的变化情况。利用3D MAX建模软件构建了复杂的钻井设备模型,并在Virtools平台下利用行为模块控制各模型独立的运动,实现了动态的钻井虚拟场景。该场景在硬件平台的配合下,能够逼真地再现钻进、起下钻、接单根、上扣、卸扣等几十种钻井工艺流程。该系统的实现为油田安全作业的培训提供了一条新的途径,具有一定推广价值。     

基于Virtools的交互式操作模型系统的设计与实现

以Virtools 4.0为开发工具,通过摄影机移动操作、模型数据存储、操作菜单的设计与实现、模型位置移动与角度旋转操作、修改模型颜色工具的设计与实现等技术,设计了一个可以在Virtools虚拟场景中,通过鼠标和键盘,交互式修改模型位置、角度和颜色的行为模块(BB)系统,该系统具有较大的可移植性和再开发性,能够广泛应用于各类基于Vincoh开发的非沉浸式虚拟现实产品中.     

基于混合模型的虚拟装配关键技术研究

针对虚拟装配中采用多边形网格模型引起的组件定位困难和碰撞检测精度低等问题,提出一种采用精确几何模型及其对应的多边形网格模型的混合模型作为底层数据,支持精确装配的虚拟装配系统构造方法,并基于Parasolid和Vir-tools平台进行了实现。基于混合模型的碰撞检测能根据计算精度和时间要求自适应求解,在速度快的同时,满足高精度碰撞检测要求;基于混合模型的组件装配,采用离散采样点定义装配路径,通过装配几何约束交互式定义限制组件的运动范围,通过自由度规约、装配约束求解实现了零部件精确定位,通过四元数插值实现装配路径中零部件位姿的平滑过渡,能满足高精度的装配要求。该方法已经在开发的多个系统中得到验证和应用。     

沉浸式虚拟训练中的虚拟手操控技术研究

将人手的自然动作加入沉浸式虚拟现实系统中,可有效提高系统的沉浸感和交互性,简便快捷、成本低廉的虚拟手建模及操控技术,有助于此项内容的推广应用;在对虚拟手骨骼结构模型分析的基础上,提出了基于Leap Motion的虚拟手控制方法和流程;以维修训练为任务背景,设计了四种用于虚拟手操作的手势规则,并对实现流程和关键技术进行了分析;构建基于Unity3D引擎的原型系统对虚拟手进行仿真验证,结果表明,基于Leap Motion的虚拟手操控简单、交互自然,可以满足虚拟现实系统交互需要。     

基于Virtools的井控仿真培训系统的设计与实现

采油生产最大的安全隐患来自于井控安全,针对油田井控安全操作培训的弊端,提出了基于Virtools的井控仿真培训系统。文中基于虚拟现实技术,介绍了基于Virtools开发井控仿真培训系统的一般方法,并从模型的建立、模型的优化、模型的转换、场景集成、系统结构、系统功能这些方面对系统的设计与实现进行了详细的论述。实现了具有井口漫游、双视口显示、交互菜单、演练及考评等功能的井控仿真培训系统。借助于这样的一个培训系统,提高了培训效果,提升了员工的整体操作水平,实现了操作标准化,进一步保障了井控安全。     

虚拟手抓持力觉生成算法真实性的评价

目的 虽然许多学者研发了多种虚拟手交互触力觉生成算法,但是如何评价虚拟手交互触力觉生成算法的真实性是一个富有挑战性的新问题,值得深入研究.方法 构建手指抓持力测量平台,设计3种抓持姿态下指尖静力抓持球体实验内容,测得各指尖作用力的实测值;通过虚拟手静力抓持力觉生成算法,求得这3种抓持姿态下各手指作用力的理论值;对实测值进行统计和分析,并与理论值进行对比和讨论;结果 日常抓持经验和实测值是完全相符的,实测值和理论值很接近且偏差均在可接受范围之内.单个手指作用力或多个手指合力的实测值与理论值的偏差均在1%6%.结论 本文实现了一种基于物理的实验方法,评价和分析了虚拟手静力抓持力觉生成算法的真实性,证实此算法可以逼真地生成虚拟手抓持力,可应用于具有力反馈的自然的虚拟手交互.     

基于接触有限元模型的虚拟手指力建模研究

触觉反馈是虚拟现实应用中使人获得沉浸感的重要方式。随 显示技术的日趋成熟,触觉和力反馈的研究的焦点之一,如何度量虚拟手在接触物体时反馈的力的大小 是力反馈中的首要一步,对此,该文在研究了力反馈类型的基础上,给和指与虚拟物体间的接触数学模型,提出了基于接触有限元的接触数学模型,并有杉ＡＮＳＹＳ对霏 均匀有理Ｂ样条的手指表面和虚拟按钮间的接触变形和力分布情况进行了计算,得出了力反馈所需要的接触力大小。