基于数据手套的虚拟手建模与驱动

针对传统虚拟操作的不足,结合WSTG love5数据手套等硬件设备,本文提出一种新的虚拟操作方法。采用面向对象的方法实现数据手套数据的获取,采用层次建模方法建立虚拟手的几何模型,实现对虚拟手的控制以及虚拟手对物体的虚拟操作,并给出具体的应用实例。     

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.     

航空发动机教学实验系统的虚拟装配技术研究

航空发动机虚拟教学实验系统的建设是将VR(Virtual Reality)技术与实验相结合的一次综合性的实验探索与尝试.该系统是将虚拟装配及拆卸、模化实验、模型流场的动态显示及发动机试车等综合仿真实验系统,重点论述了教学实验系统开发中的虚拟装配技术,在对虚拟装配的研究现状分析和总结的基础上,对航空发动机虚拟装配的关键技术和虚拟装配系统的实现方法进行了分析和研究,包括基于数据手套的虚拟手操作、实时碰撞检测、装配路径和装配顺序规划等问题.最后还展示了利用航空发动机三维可视化虚拟装配系统完成虚拟装配操作的实例,并分析了虚拟装配系统与传统装配相比较的优势和特点.     

VDVAS：一个集成的虚拟设计与虚拟装配系统

随着虚拟现实技术的逐渐成熟，研究者们已将其引入到工程领域，为实现虚拟设计与虚拟装配过程的集成，避免现有的虚拟装配系统中，虚拟环境与CAD系统间所必需进行的复杂的、无谓的数据传输，描述了一个基于多通道的、集成的虚拟设计与虚拟装配系统VDVAS。在该系统中，设计得可以通过直接三维操作和语音命令直观方便地建立机械零件及其装配模型，并通过交互拆装来得到零件的装配顺序和装配路径等信息，VDVAS的一个重要特征在于，可通过集成虚拟设计与虚拟装配过程，使设计者能在一个集成的虚拟环境中修改零件几何（假如在装配过程中发现零件存在设计缺陷的话）。     

气动力反馈数据手套设计与验证

针对目前面向大型复杂机电产品的虚拟装配环境中力反馈装置所能提供的触觉力偏小的问题,提出一种基于微型低摩擦气缸的内置式力反馈数据手套.首先介绍了手套结构及其工作原理;然后搭建了实验系统,基于牛顿迭代法进行运动学方程组求解,验证了手套的角度测量和力反馈功能;最后开发了手套的人机交互控制系统,采用D-H理论来描述虚拟手的空间位置,基于虚拟墙的弹簧-质点模型计算虚拟力.实验结果表明,所设计的数据手套可实现大触觉力的反馈,满足虚拟装配系统虚拟抓取的需求.     

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。     

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。     

虚拟制造环境中虚拟手的行为构造

为了实现虚拟制造环境中智能高效的虚拟手,改善目前主流的依赖对用户手抓握动作跟踪的状况,提出一种适用于虚拟制造环境的虚拟手自主行为构造方法.通过在虚拟手结构模型上增加感知环设计,构建虚拟手的感知能力;结合文中提出的虚拟手三阶段感知算法实现虚拟手的自适应行为机制,极大地减轻了操作者的认知和操作负载;通过构造虚拟手手势集和手势状态转换模型,实现了虚拟手在复杂零件表面的连续抓握操作.文中还重点研究了复杂零件表面虚拟手的连续抓握的行为机制和相关算法.实验结果表明,文中的虚拟手具有很好的几何真实感和行为真实感;提出的方法具有良好的可用性、可靠性和实时性.     

基于OpenFlight的虚拟装配信息表达技术

为实现模型从CAD系统到虚拟装配系统的转换,提出基于OpenFligth的装配信息表达方法。将虚拟装配所需要的模型信息分为装配信息和零件信息两个层次,通过CAD二次开发技术,提取装配信息及零件信息,分别写入扩展后的OpenFlight层次化模型数据库。基于OpenFlight的信息表达方法解决了模型重构技术中繁杂的映射问题,避免了装配信息向中性文件的写入过程,具有可扩展性,较好地解决了CAD系统与虚拟装配系统之间的数据集成问题。建立基于Vega的虚拟装配系统,验证了转换方法的可行性。     

虚拟手操作技术研究及实现

人机交互是虚拟现实的关键技术之一,而虚拟手操作技术是人机交互技术的重要组成部分,是虚拟现实和运动学相结合的产物.在虚拟手操作技术中如何实现实时、准确的抓取一直是人们所关注的问题.首先研究了虚拟手在虚拟场景中的碰撞检测理论,并在此基础上制定了虚拟手对虚拟物体的稳定抓取规则,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,实现了虚拟手对虚拟物体的抓取、移动、释放等一系列虚拟操作,实例证明了该技术具有很强的实用性.     

舰船训练虚拟系统的设计研究

在建立虚拟舰船仿真系统的研究中,由于舰船的船舱仪表数量多,船体操控复杂,目前还没有舰船虚拟训练系统。针对舰船训练实际需求,提出一种虚拟仪表和游戏引擎相结合的舰船虚拟训练系统设计思想。借助于Ogre、ODE及数据手套、数据头盔和定位器等虚拟现实设备,建立仿真数据模型,解决了场景中的虚拟手交互、碰撞检测等关键技术问题,完成虚拟手对舰船的实时控制。实验结果表明,仿真系统在保证真实性和快速性的同时,还易于操控等特点,能使用户快速掌握舰船驾驶和仪表操作的基本方法,训练周期缩短60%,大大降低了训练成本。     

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。     

基于DI-GUY的某型导弹虚拟操作训练环境设计

对主要应用于士兵战术训练的DI—GUY人体仿真软件进行了介绍,并详细介绍了如何将重点应用于战术训练的DI—GUY软件应用于虚拟操作训练,给出了DI—GUY中虚拟人的具体修改方案,并给出了虚拟操作训练环境的实现方案以及主要解决的问题;给出了综合运用DI—GUY人体仿真软件和数据手套、空间球、立体眼镜等虚拟现实硬件设备所组成训练环境的具体实现方法;阐述了用于控制虚拟人运动的具体思路与方法,以及如何进行训练动作规划,并给出了训练任务实施的整体的程序框架。     

维修仿真中虚拟手动作生成方法研究

在维修仿真中,虚拟维修人员的手部操作起着重要的作用,对维修活动中手部动作的实时、连贯生成问题进行研究。首先提出了一种内含解剖结构的虚拟手模型,然后在分析总结各类虚拟人运动控制算法的基础上,提出一种优先级阻尼IK方法,通过加入阻尼系数来克服传统IK算法无法处理奇异性、多目标冲突性的难题,并利用雅可比矩阵的正交投影来处理多目标约束条件下的手部动作生成,实现IK算法的进一步扩展。最后对虚拟手的指向、握和捏动作进行实际验证,证明所提方法的有效性和健壮性。     

虚拟手抓握动作的Petri网模型及其仿真实现

虚拟手的运动建模是三维人机交互研究中的一个关键问题.虚拟人在执行维修作业的过程中,不可避免地需要徒手抓握操作对象或维修工具.为此,该文提出了一种基于位置/变迁Petri网的虚拟人手抓握动作模型.该方法以关节化虚拟手的几何建模和关节约束分析为基础,描述了抓握动作的Petri网模型,通过仿真循环叠代和关节插值计算,实现关节链上各个关节的运动控制,并基于面向对象的技术设计实现了典型抓握动作.最后,基于人体建模与仿真软件Jack,设计并实现了一个虚拟手抓握动作的Petri网,仿真和实验结果表明所述方法简便易行,能够满足虚拟维修作业的要求.     

某型导弹虚拟训练系统操作训练动作设计

对视景仿真软件Vega和DI—GUY人体仿真软件进行了介绍,从工程应用的角度,阐述如何实现虚拟人在场景中的漫游,将DI—GUY人体模型做了适当的修改,提出了一种基于空间定位装置的虚拟入手臂控制方法,给出了方法的具体实现步骤,以及空间定位装置对于本系统的具体应用方法,给出了如何设计手部的碰撞检测的方法,以便进行操作动作的训练,选取要操作的对象物,并对如何应用数据手套形成手部操作训练动作进行了介绍。