用于虚拟拆装的力反馈方法

研究虚拟拆装系统中,为增强用户的沉浸感,会引入力反馈设备,但目前力反馈设备价格昂贵,同时力反馈算法也不成熟导致了力反馈的引入无法商用和推广。使用力反馈操纵杆作为力反馈设备,对虚拟拆装中常见的结构约束关系进行分析,并对约束关系变化产生的力反馈进行建模和实验实现。结果表明在精度要求不高的拆装场合,力反馈方法能够给操作人员带来直观、真实的力觉操纵感受,同时由于力反馈操纵杆价格低廉,适于推广使用。     

基于力反馈设备的文检虚拟触摸鉴定方法

传统的文件检验鉴定是在显微镜中观察文件检材并鉴定文件真伪,针对这种文检方法缺少高度信息且不能全面反映文件物证特征的缺陷,提出一种基于力反馈设备的文检虚拟触摸鉴定方法。该方法是通过阴影恢复形状法获取文检图像的相对高度信息后在虚拟现实中三维重构和渲染,在重构的三维模型上采用力反馈设备触摸鉴定。实验表明,这种虚拟三维重构技术将文检鉴定方法由二维扩展到三维,并且采用力反馈触摸比对可以给鉴定人员直观的触觉感受,从而使文检鉴定由单纯的视觉变为视觉、触觉一体的鉴别,提高了鉴别的可靠性。     

一种虚拟环境温度触觉再现仿真系统设计

分析了温度触觉感知特性,提出了手指和物体接触时各自表面的温度变化过程,结合单热源温度触觉再现装置设计了一种基于三维力反馈手控器的虚拟环境温度触觉再现仿真系统。手控器可控制虚拟手的动作,对虚拟物体进行温度和力的感知。仿真系统中能再现手指与不同热属性物体接触时的温度变化和力变化,且视觉效果逼真,体现了温度触觉再现的实时性和有效性。     

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.     

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。     

面向上颌骨骨折复位手术的虚拟系统设计

基于3D计算机触觉视觉交互(CHAI3D)和开放图形库(Open GL)等开源软件,设计了针对上颌骨复位手术的仿真系统。使用真实病例的CT图像搭建虚拟场景,通过Geomagic力反馈设备对虚拟模型进行三维操作并输出触觉反馈。在原有单点碰撞算法的基础上,提出了使用多个中介代理的多点碰撞算法,避免了虚拟手术工具的手柄插入虚拟器官的不实仿真;通过力反馈设备对头颅骨模型进行选择、移动和旋转,模拟手术中对头颅骨的移动和放置。系统可用于训练医学院学生,也可用于复杂手术的术前规划。     

立体显示技术在力反馈仿真手术的应用

本文介绍了立体显示技术,并且结合触觉编程开发包OpenHaptics,应用于以PHANToM作为力反馈设备构建的虚拟手术仿真系统上。使仿真系统能够实时进行具有立体感的多种手术操作,提供真实的立体视觉反馈和力反馈,具有良好的沉浸感和交互性。     

基于力反馈的虚拟脊柱手术模拟系统的构建

针对医学手术排练演习和手术教学开发了虚拟脊柱手术模拟平台。在该平台上能够根据手术的真实环境,模拟常用手术器械和脊柱结构,实现人机实时交互。详细介绍了系统的硬件环境参数,并基于3DS MAX的建模和力触觉渲染引擎CHAI 3D进行仿真。仿真实验结果表明,基于力反馈的虚拟脊柱手术模拟系统可以有效地模拟脊柱手术时的力反馈状态,帮助医师进行脊柱手术术前训练,并适用于高校的医学教学和医疗机构人员的培训。     

基于TCP/IP的远程触觉交互系统力反馈数据传输方法

时延、丢包是影响远程触觉交互性能和用户体验的重要因素。以实时传输和真实再现力反馈数据为目的,提出了一种基于TCP/IP的实时力反馈数据传输方法,该方法通过时延处理和插值预处理降低网络通信过程中对远程触觉感知造成的不利影响实验结果证明,该方法有效地解决了远程触觉交互系统中实时力反馈的信息再现与信息交互问题,在远程医疗、远程教学、虚拟现实等领域具有重要的应用价值。     

一种基于物理意义的快速力反馈形变模型及实时力觉响应算法

虚拟物体在受力作用时的形变建模是虚拟环境中力/触觉人机交互的关键.文中提出了一种新的基于物理意义的形变建模方法,不仅计算速度快,满足力反馈的实时性要求,而且能够同时保证接触力和形变的计算具有较高的精度,适用于具有较大变形量的柔性物体的力反馈计算,满足精细作业对虚拟现实系统的要求.     

A Model-Based Controller for Interactive Delayed Haptic Feedback Virtual Environments

This paper addresses the stability of time-delayed force-reflecting displays used in virtual reality interactive systems. A novel predictive-like approach is proposed. The developed solution is stable and robust. Neither time delay estimation nor time delay behavior's knowledge are required. The controller applies to constant or time-varying delays without any adaptation. In this research, efforts are devoted towards making results easy to implement in commercial haptic libraries and interface build-in controllers. Moreover, although this study focuses on virtual environments haptics, it can easily spread to force feedback teleoperators.     

遥操作系统中力反馈研究与实现

力反馈的研究与实现是遥操作系统研究的重要内容之一。该文设计了一种带力反馈的主从式遥操作系统。在系统中提出以虚拟手指空间位姿代替实际力作用线方向上位移的计算和基于实际材料的虚拟力外推的方法。该方法以虚拟手指的位姿来计算虚拟力,以实验所得实际材料的数据作为索引进行虚拟力的外推。实验结果表明,和以往的考虑力和变形关系的力反馈研究相比,此力反馈系统不仅简单易行,同时保证了较高的精度和刷新率。     

Networked multiplayer cooperative interaction using decoupled motion control method in a shared virtual environment with haptic,visual and movement feedback

This paper focuses on multiplayer cooperative interaction in a shared haptic environment based on a local area network. Decoupled motion control, which allows one user to manipulate a haptic interface to control only one‐dimensional movement of an avatar, is presented as a new type haptic‐based cooperation among multiple users. Users respectively move an avatar along one coordinate axis so that the motion of the avatar is the synthesis of movements along all axes. It is different from previous haptic cooperation where all users can apply forces on an avatar along any direction to move it, the motion of which completely depends on the resultant force. A novel concept of movement feedback is put forward where one user can sense other users’ hand motions through his or her own haptic interface. The concept can also be explained wherein one person who is required to move a virtual object along only one axis can also feel the motions of the virtual object along other axes. Movement feedback, which is a feeling of motion, differs from force feedback, such as gravity, collision force and resistance. A spring‐damper force model is proposed for the computation of motion feedback to implement movement transmission among users through haptic devices. Experimental results validate that movement feedback is beneficial for performance enhancement of such kind of haptic‐based cooperation, and the effect of movement feedback in performance improvement is also evaluated by all subjects.Copyright © 2012 John Wiley & Sons, Ltd.     

基于VRML的三维虚拟仿真场景的构建

建立以人为中心的和谐的人-机环境是开发仿真系统的关键之一,而虚拟现实技术是实现仿真和人-机交互的有利工具。为了使用户产生相当的融人感和身临其境的感觉,需要充分利用虚拟现实技术,建立三维虚拟仿真场景,拓宽人-机交流渠道。本文根据作者研究开发的基于虚拟现实建模语言VRML的三维虚拟仿真场景系统,详细阐述了利用VRML构建具有动态性和交互性的三维虚拟仿真场景的设计要点和关键技术。     

基于PHANTOM的虚拟手术系统的研究

对虚拟手术系统中虚拟手术器械的建模、物理模型、碰撞检测、切割等关键技术进行研究,利用Sensable公司开发的PHANTOM力反馈设备以及配套的OpenHaptic软件开发包,构建一个基于力反馈设备的虚拟手术系统。     

基于可视外部力/力矩隐喻工具的虚拟样机动力学交互分析方法

在虚拟样机动力学分析中,对施加的外部力／力矩的属性和作用进行了分析,实现了力／力矩隐喻(metaphor)工具在虚拟环境中的直观定义,并基于多刚体Lagrange动力学模型提出直观驱动的交互仿真方法,建立了可视化隐喻工具同虚拟样机间交互分析过程的动力学广义模型．简化了虚拟环境中用户同虚拟对象间的交互行为模型．最后．通过对汽车发动机曲柄活塞部分建立Lagrange动力学模型．并以建立的隐喻工具进行交互分析的实例论证了该方法的有效性以及隐喻工具的直观性．     

基于3D虚拟的破损传统家具修补仿真分析

针对传统家具修补未进行逐层分解,而存在修复难度高且周期长的问题,提出基于3D虚拟的破损传统家具修补方法。首先,分析3D虚拟技术的基本原理,通过构建修补任务模型,对基于3D虚拟的破损修补逐层分解,获得修补任务的驱动关系。将修补过程划分成多个层次,完成修补操作交互流程,由于3D虚拟操作系统中存在不可避免的交织与碰撞,对修补操作实行触发反馈,增加系统的稳定程度,根据操作间的动作序列关系,完成破损传统家具的修补工作,最后进行仿真验证。仿真结果表明,基于3D虚拟的破损传统家具修补方法稳定性强,修复效果显著,且鲁棒性强,具有较高的应用推广价值。     

拖拉机遥操作驾驶虚拟现实系统的设计

针对智能拖拉机在复杂多变、操控任务繁多的农业作业条件下难以实现全自主智能驾驶的不足,设计一种基于虚拟现实技术的拖拉机遥操作驾驶系统。首先,开发了虚拟现实主控端硬件系统,包括拖拉机驾驶模拟器及方向盘、挡位、油门、刹车、离合等机构的信号采集和检测电路;并基于VC++平台,结合OpenGL图形程序接口及3ds Max,构建以南京农业大学浦口校区为工作场景的拖拉机遥操作虚拟现实软件系统。实验表明,拖拉机遥操作驾驶虚拟现实系统简单稳定,易于操纵,具有良好的交互性和应用性。     

平台级实体虚拟兵力仿真及应用研究

为构建虚拟兵力模型体系及其仿真系统,开展对抗式模拟训练与推演,对面向平台级实体虚拟兵力仿真及应用相关技术进行了研究。对计算机生成兵力系统与仿真平台、平台级实体虚拟兵力模型建模方法进行了梳理。对构建基于云仿真的虚兵服务系统相关技术路线、混合式仿真系统形态下兵力成体系仿真中的分布交互技术进行了总结,提出了基于混合体系结构的孪生战场环境仿真架构。最后对该领域存在的问题进行了归纳,为构建虚拟兵力模型体系以及虚拟兵力仿真系统提供方向和指引。     

DSP‐BASED CONTROLLER DESIGN OF AN XY‐TABLE AND ITS APPLICATION TO VIRTUAL FISHING SYSTEM

The paper is focused on controller design of a hybrid XY‐table equipped with both a PMSM and a PMLSM and application of the XY‐table system to a virtual fishing system (VFS), which incorporates a boat simulator, an interactive fishing rod system, virtual reality fishing scenes, and a player in the loop. The fishing rod system consists of the XY‐table system acting as interactive force feedback hardware. Adaptive fuzzy control is adopted in the controller to track the command trajectory. The fishing boat is simulated by a three‐axis manipulator, which is composed of three pneumatic cylinders serving as extensive linkages. Through the shunt combination of the cylinders, the movement of the fishing boat can be arbitrarily adjusted. Summarily, VFS creates a spontaneous and interactive environment and offers the experience of fishing in a remote location on the sea at home or at the amusement park.