电容式力感知牙周探针设计建模与实验研究

针对当前牙周探针在探诊力控制方面的不足,提出一种基于悬臂梁挠曲效应的差动电容式力感知牙周探针解决方案,设计了探针验证结构,建立了探诊力作用下具有不规则形状的探针工作尖的挠曲模型,导出了探诊力和差动电容之间的求解方程,并通过仿真和实验对模型与方程进行了验证。结果表明,所建立的探针工作尖挠曲模型与静应力仿真结果的最大相对误差不超过±4.5%,所设计的力感知牙周探针多次重复探诊力检测实验的标准差小于均值的0.1%,所导出的求解方程的计算值与实验数据之间趋向一致,以探诊力为拟合权重进行修正后全量程的平均偏差为2.49%,具备进一步产品开发的可行性。     

基于分布式系统的虚拟力感知与交互技术

针对现有人机交互系统中的力觉交互沉浸感不足的问题,提出了一种基于分布式系统的动态碰撞检测与虚拟力觉交互的控制策略。力觉交互系统采用分布式设计,主要包括:人机交互接口管理、空间位形解算和运动控制与碰撞检测等单元设计。在交互过程中,采用分层方式处理碰撞效果。根据模型所处虚拟空间的相对几何位置与碰撞后的运动状态构建虚拟力觉,并由交互管理单元映射至实体交互设备,实现操作者的力觉感知与交互。采用PHANTOM omni力反馈设备与Visual Studio 2010构建了动态碰撞检测的仿真实验系统,并进行了虚拟力觉交互实验。实验结果表明:操作者通过力反馈设备能够实现力觉感知与交互,有效解决了交互过程中的力觉效果不足的问题。     

手术仿真中基于导纳控制的力触觉形变模型

为了在虚拟手术仿真中获得快速、准确的力触觉形变效果,提出一种基于导纳控制的力触觉形变模型.基于该模型,采用PHANTOM OMNI力触觉交互设备,以3DS MAX 2013,Microsoft Visual C++2012,Open GL函数库为基础搭建了实时柔性体力触觉再现系统,实现了虚拟双手对心脏双点的拉拽交互操作.感知实验和交互效率的结果表明,所提出的模型简单有效,形变效果逼真、视觉反馈流畅、力触觉反馈平稳,操作者对虚拟环境的感知和交互准确可靠,能够满足虚拟手术仿真系统的要求.     

用于软组织变形仿真的层状菱形链连接模型

为提高软组织变形仿真的精度与实时性,提出一种新颖的、基于物理意义的层状菱形链连接模型.该模型中每层各个链结构单元相对位移的叠加对外等效为物体表面的变形,与之相连的弹簧弹性力的合力等效为物体表面接触力.利用6-DOFDelta手控器构建了力触觉交互实验系统,使用虚拟软组织模型进行按压、拉拽等交互操作,并通过反馈力产生触觉感.实验结果表明,该模型不仅计算简单,而且能够保证触觉接触力和变形计算具有较高精度;同时在交互过程中,力触觉感觉平稳、模拟效果逼真、满足虚拟现实系统对精细作业和实时性的要求.     

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.     

基于统计分析的虚拟毛笔模型及其应用

为了以较低运算开销和设备成本实现书法的真实显示,利用F-Tablet硬件系统,通过分析力信息和笔画宽度之间的统计关系建立虚拟毛笔模型。该模型可以节省大量计算时间,达到实时交互目的。与一阶线性模型、ARMA模型和模糊推理模型进行比较,结果表明该模型的书写效果较好。     

双触点交互的力触觉实时生成方法

力触觉的生成和交互有助于提升虚拟环境的沉浸感和真实性.提出了一种双触点交互的力触觉实时生成方法.把双触点交互分为4种状态,分别提出不同状态下双触点交互的力触觉实时生成算法,并建立虚双触点交互的实验环境,开展双触点交互力触觉生成的评价研究.实验结果表明,该方法能够实时生成双触点交互时的力触觉,增强虚拟环境的沉浸感和真实性,提升了人手力触觉交互的自然性.     

MATLAB与C#混合编程在轧制力预报中的应用

为快速准确计算轧制力,方便在线控制,研究了基于.NET component组件的MATLAB与C#混合编程方法.在综合分析铝合金变形抗力模型、轧制过程温度模型的基础上,采用西姆斯单位轧制压力公式,运用多元非线性回归方法,建立了铝板带热连轧轧制力计算模型.结合实例,将MATLAB强大的计算能力与C#良好的界面开发能力结合起来开发了轧制力计算软件系统,验证了上述混合编程方法的简便性与实用性和所建轧制力模型的正确性.     

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.     

水下机器人手爪力感知系统研究

提出了一种水下机器人手爪力感知系统的组成结构,该力感知系统由一个六维力/力矩传感器和三指夹持器指端的三个指力传感器组成,本文介绍了上述两种传感器的设计和标定,并对利用该手爪系统抓取物体进行了实际测试和分析,实验结果表明;所设计的力感知系统能够实时地感知腕力和夹持力信息,可以满足机械手力控制的需要.     

基于匹配跟踪的感知梯度正弦建模方法

匹配跟踪作为一种自适应的信号分解算法,为语音和音频正弦建模提供了一个新的框架.分析了基于匹配跟踪的正弦建模过程以及感知加权匹配跟踪正弦建模算法,并在此基础上提出了感知梯度正弦建模方法.该方法结合匹配跟踪自适应的动态特征,利用心理声学模型计算当前合成信号的动态掩蔽阈值,以此为参考提取残差信号中感觉最明显的信号分量,从而最大限度地增加合成信号中的感知信息.在模型精度不高的情况下,该方法也能得到合成质量比较高的语音.实验表明,该方法更好地利用了人耳的听觉特性,建模结果更为合理、有效.客观的信噪比和主观试听测试都显示了所提出算法的合理性与优越性.     

基于改进DFSMN模型的语音交互服务系统设计

为了进一步提升服务机器人的自动化语音交互服务质量,提出一种改进的DFSMN-CTC模型,以提升语音交互系统的识别能力。其中,对传统的DFSMN模型中记忆模块的结构以及记忆单元之间的连接方式进行改进,然后将改进得到的模型与CTC进行结合,以实现日语语音的识别。实验结果表明,与其他建模准则构建的语音识别模型以及改进前的DFSMN模型相比,改进的DFSMN-CTC模型能够取得效果更好的语音交互效果,词错误率分别降低了6.42%和6.17%;与其他语音识别模型相比,改进的DFSMN-CTC模型在各种实验条件下均能保持最低的平均字错误率,语音识别精度较高。综上,使用改进的DFSMN-CTC模型所构建的日语语音交互系统能够实现效果良好的日语语音交互,实现更好的日语语音交互服务,具有一定的实际使用价值。     

社会感知计算:概念、问题及其研究进展

普适计算技术的发展极大地丰富和增强了人类获取数据的途径和能力,如何利用这些感知数据,理解人类的社会行为与活动,实现计算“以人为中心”并为社会服务的目标,是当前信息领域的重要问题.本文介绍了计算机科学领域的一个刚刚兴起的研究主题——社会感知计算.社会感知计算旨在通过人类生活空间日益部署的大规模多种类传感设备,实时感知识别社会个体的行为,分析挖掘群体社会交互特征和规律,辅助个体社会行为,支持社群的互动、沟通和协作.论文讨论了社会感知计算的概念、起源、模型和主要研究问题,综述了社会感知计算典型系统与应用、数据感知、行为与交互分析、社会理论与规律验证以及社会交互高效支持等方面的研究进展.     

反思性思维和个人参与因素在虚拟现实交互中对感知学习的影响

针对虚拟现实交互(VRI)技术与学习任务的匹配程度较低导致感知学习效率的提高受限的问题,提出了一种VRI技术影响感知学习效果的新型模型.新模型从任务技术匹配的视角出发,引入了反思性思维变量和个人参与因素改善了感知学习的效果.此外,基于新模型开发了一套虚拟现实消防安全教育系统,学员使用该系统进行感知学习所产生的交互数据被...     

基于平均场模型的传感器网络信息共享算法研究

为了提高分布式系统信息共享的可扩展性,并提供区分感知程度的支持能力,基于平均场提出了一种新的应用于大规模传感器网络的信息共享算法.利用统计机制建立了网络全局态势感知的概率分布模型,并与网络节点的交互关系进行了关联映射.通过分析概率分布模型发现,在某一控制变量的相变点,具有较高差异度的网络能够快速达到信息共享,随后以该变量作为决策参数设计开发了借鉴模拟退火的交互算法.不同网络模型下的仿真实验验证了算法的可行性和有效性,并能得出达到最优差异度所需的交互报文数量.利用该结果可进一步分析或统计处理,进而确定网络节点的交互时机和交互对象,调整网络达到最佳性能.     

与语速相关的人脸语音动画合成及其评估

为了有效地合成人脸语音动画,根据对唇区肌肉收缩力与语速关系的分析,以及在对皮肤肌肉组织的粘弹性力学进行研究的基础上,提出了一种新的基于不同语速的唇动模型,并将其应用在了汉语人脸语音动画系统中。该模型根据获得的肌肉收缩力与语速的关系,并通过对皮肤肌肉组织的粘弹性分析,首先得到了语速、唇动速度与唇动位移三者之间的关系,并建立了不同语速下的唇动模型;然后通过这个唇动模型合成了不同语速状态下的具有较高自然度和个性化的人脸语音动画;最后,通过设计感知学评估实验,对合成的语音动画的效果和可理解性进行了评估。实验结果表明,该模型可以合成较高可接受性和可理解性的不同语速状态下的人脸语音动画。     

一种虚拟手术二维力觉交互装置的力学模型

对力交互装置在虚拟手术巾有着广泛的应用,作为基础研究,提出一种二维力觉交互装置的反馈力模型,通过模拟虚拟器械与肌肉组织和骨骼碰撞时的受力情况,验证模型的合理性。首先,根据人体组织的生物力学性能,参照Kamopp模型和胡克定律提出了系统的反馈力模型;然后针对系统的性能指标,通过对肌肉和骨骼两种组织的碰撞实验,验证了设备在虚拟手术过程中反馈力实现效果。仿真结果显示,反馈力方法能较准确地仿真力的变化,准确地感知骨骼的位置,对于虚拟手术系统的实用性具有重要意义。     

基于经验感知的自适应用户界面模型

针对传统自适应界面缺乏自主学习用户交互历史、难以根据用户经验有效预测用户意图的现状,基于认知心理学相关理论,该文提出了基于经验感知的自适应用户界面模型,从界面静态组成元素、动态交互行为和自适应策略三个方面建立了该模型的统一描述,然后研究了自适应界面模型的实现架构、关键技术和建模方法.最后开发了一个个性化的虚拟家居定制原型系统,并进行了实验评估.实验结果表明,该模型能够根据用户交互历史和上下文环境,准确预测用户意图,实时调整界面布局和交互行为以主动地适应用户.     

手持移动计算中的多通道交互

手持移动计算已逐渐成为当今主流的计算模式之一,人机交互是其中的关键问题.多通道用户界面和多通道交互方式能够有效地提高移动环境中人机交互的效率.讨论了移动环境中的多通道交互模型,并结合设计开发的移动导游系统TGH(tour guide on hand),分析了多通道交互在手持移动计算中的应用.性能测试表明,笔和语音结合的多通道交互方式在移动环境中能够较好地提高人机交互效率.     

双感知门控交互的多任务推荐模型

针对多任务推荐中存在负迁移的问题,提出一种双感知门控交互的多任务推荐模型（DPGI-MTRM）。首先,在多任务共享网络和专有网络中,创新性地设计了双感知特征提取模块（称为双感知专家层）,其作用是对输入特征得到元素级和向量级的双感知特征表示。其次,在门控网络的基础上提出了任务交互层,对经过门控网络输出的特征进行交互计算提取任务之间的高级语义相关性,同时采用残差方式加上原始输入门控的特征向量减少任务交互可能带来的噪音干扰。最后,通过堆叠双感知专家层、门控交互层,连接特定任务的神经网络输出层得到双感知门控交互的多任务推荐模型。此外,在模型训练时使用了梯度归一化的多目标优化方法,使该模型更好地收敛。在Census-income、Synthetic Data和Ali-CCP数据集上进行实验,采用AUC和MSE指标进行评估,实验结果表明,提出的模型表现优于其他基准模型,达到较为先进的性能。