基于单点式力反馈器的虚拟装配研究

针对PHANToM Desktop 力反馈器工作空间狭小的问题,提出改进的动态 空间匹配算法和代理点移出视锥体时的漫游技术。首先分析设备工作空间在三维方向与视锥 体的匹配关系,通过对x、y 和z 轴方向进行空间匹配,实现近视点处操作精度高和远视点 处可视范围大;然后利用映射区外的工作空间进行视点漫游,可以扩展虚拟装配可视范围。 在虚拟装配过程中,实时地计算代理点与零件间的接触力,并反馈给用户,使用户可以感知 零件的几何外形与硬度特性等;同时采取弹簧质点模型计算约束力引导用户进行装配定位。     

基于Virtools的视点控制功能设计与应用

视点控制是虚拟现实的关键技术之一.本文基于虚拟开发工具Virtools对虚拟场景中的常用视点控制功能进行了设计,通过鼠标和键盘对摄像机的控制,实现了自动漫游、第一人称视角、试点切换、视点跟随等功能,具有较好的可移植性和再开发性,并将其运用于某室内漫游系统设计中.     

多视点全景图与平滑漫游的研究与实现

针对单视点全景技术在相对拥塞的环境中难以观看到障碍物背后影像的不足,利用单视点空间和视点间的双向过渡链的搭建,构造一个多视点虚拟场景。采用影像匹配、直线提取等图像处理技术手段有效实现视点空间之间的平滑漫游。实验结果表明,该方法能取得较好的视觉效果,在一定程度上提高多视点虚拟场景内漫游的真实感。     

基于3DMouse的虚拟仿真系统人机交互技术

为了提高虚拟仿真系统的人机交互性,增强虚拟现实的沉浸感,并结合对虚拟装备仿真系统人机交互性能的需求分析,提出了一种基于Open Inventor技术的三维鼠标视点控制方法.利用三维鼠标的操作模式与工作原理,建立了一种新的仿真系统人机交互模型,从而解决了三维鼠标作为人机交互设备与虚拟仿真系统集成的问题,实现了操作者操纵三位鼠标在虚拟场景中的漫游和装备三维对象模型的动态控制.三维鼠标浏览路径数据的保存和导入功能可实现反复多角度的观察虚拟装备的装配和工艺过程,使装备的操作和维护培训效果显著,该技术可应用在多种虚拟装备仿真系统中.     

基于虚拟现实的煤矿设备装配仿真系统研究

针对煤矿大型设备装配存在拆装繁琐和成本高的问题,以采煤机、液压支架、掘进机和提升机为研究对象,采用虚拟现实技术设计并实现了一套由虚拟装配子系统、场景仿真与漫游子系统组成的虚拟装配与仿真系统.利用Maya对大型设备建模,通过VS程序设计,在Unity中进行交互控制,实现了设备的虚拟装配与拆卸、采煤工作面的虚拟仿真漫游功能.系统有效地提高了训练效果,形象逼真地再现了煤矿井下生产过程,具有良好的沉浸性和交互性.测试表明:经该仿真系统训练与使用,有效提高了设备实际装配与拆卸能力,同时降低了成本,具有显著的实际应用效果.     

一种虚拟场景的自动漫游方法

提出一种新的虚拟场景自动漫游方法.首先,在模糊理论的基础上建立了一个视点质量评价模型;然后,使用模糊综合评判方法求出视点集对应的虚视点,进而以虚视点的视点质量作为目标函数,并采用蚁群优化算法进行求解,得到一个场景观察的最优视点集;最后,对最优视点集中的视点进行排序,并以样条曲线连接,从而构造出一条虚拟场景的自动漫游路径.实验表明,使用该方法能够自动获得一条有效的漫游路径,沿此路径漫游,观察者能够全面而快速地实现对场景的认知和理解.     

虚拟漫游中的碰撞检测问题的解决方法

碰撞检测是虚拟漫游中的关键技术。在进行虚拟漫游时,为了避免观察者飞人地下或穿墙而过等不真实情况的发生,就需要进行碰撞检测。解决虚拟漫游中碰撞检测问题的一种方法是：将场景中运动的观察者转化为一个视点,场景中的物体表面剖分成三角形,运动的观察者与静态的虚拟场景之间的碰撞检测问题,就转化为点与三角形之问的碰撞检测问题;此方法的优化方法是对场景中的三角形进行过滤,以减少不必要的计算。文中给出了此方法的具体算法及其优化方法。     

基于视点纠正的鱼眼图像场景化漫游方法

针对鱼眼图像畸变大、表示的场景信息不直观等特点,本文提出了一种 基于视点纠正的鱼眼图像场景化漫游方法。该方法以鱼眼图像所表示的半球空间为观察对 象,通过视点的转移在半球空间进行漫游,以对不同区域内的场景信息进行直观的观察。采 用鱼眼图像校正算法为基础建立鱼眼镜头的球面映射模型,通过映射关系对以视点为中心的 观察区域进行实时校正,当视点变化时对校正后的可视区域进行实时显示从而实现漫游。实 验结果表明,通过本文算法能够实现鱼眼图像所表示半球空间的实时漫游,且漫游时显示的 校正图像满足直线约束标准。     

虚拟维修系统交互控制方法研究

研究了虚拟维修系统的场景和对象的交互控制问题,为了维修人员的安全,提高设备维修效率,根据EON虚拟现实开发软件,设计了TPO视点变化函数,根据对象的装配/拆卸行为建立视点变化模型,场景及对象的运动导航操作方便;根据武器装备分级维修的特点,采用二维交互设备,设计了对象6自由度运动交互控制方法,提出的节点逻辑分离算法,能够在系统运行状态下解除节点间的隶属关系,解决已分离节点与父节点的运动关联问题,装配/拆卸行为真实感强.实际试验结果表明,所设计的虚拟维修训练系统和虚拟测试系统,对导航方法和交互操作,结果满足要求,为设计提供了依据.     

用VRML和Java实现虚拟小区的交互漫游

为了实现虚拟小区的交互漫游,在系统实现过程中采用了几种方式的交互技术,文中对这些交互技术进行了讨论和实现。阐述了在虚拟小区中交互漫游的两种方式,即由用户交互控制视点和由计算机自动控制视点的方式,并对这两种交互漫游方式给出了VRML编码的具体实现;最后采用外部编程接口（EAI）实现了用户界面中的二维平面图和三维场景图的交互。     

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。     

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。     

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。     

Grasp programming by demonstration in virtual reality with automatic environment reconstruction

A virtual reality system enabling high-level programming of robot grasps is described. The system is designed to support programming by demonstration (PbD), an approach aimed at simplifying robot programming and empowering even unexperienced users with the ability to easily transfer knowledge to a robotic system. Programming robot grasps from human demonstrations requires an analysis phase, comprising learning and classification of human grasps, as well as a synthesis phase, where an appropriate human-demonstrated grasp is imitated and adapted to a specific robotic device and object to be grasped. The virtual reality system described in this paper supports both phases, thereby enabling end-to-end imitation-based programming of robot grasps. Moreover, as in the PbD approach robot environment interactions are no longer explicitly programmed, the system includes a method for automatic environment reconstruction that relieves the designer from manually editing the pose of the objects in the scene and enables intelligent manipulation. A workspace modeling technique based on monocular vision and computation of edge-face graphs is proposed. The modeling algorithm works in real time and supports registration of multiple views. Object recognition and workspace reconstruction features, along with grasp analysis and synthesis, have been tested in simulated tasks involving 3D user interaction and programming of assembly operations. Experiments reported in the paper assess the capabilities of the three main components of the system: the grasp recognizer, the vision-based environment modeling system, and the grasp synthesizer.     

人机任务仿真中虚拟人行为建模及仿真实现

提出一种采用高级智能对象(ASO)的建模方法,实现虚拟人的行为建模。首先, 引入 ASO 的概念,对交互特征中的交互元素、交互部位及对象动作进行定义,并对交互动作进 行分类;其次,提出了对象驱动方法,解决由虚拟对象作为主动体动作而导致的虚拟人作为被 动体的运动计算问题,实现对象以交互特征为主的建模;最后,根据人机任务需要对虚拟人的 基本行为动作进行分析,选择常用的 4 种基本动作,对其进行定义并进行动作组合,给出以交 互元素为主的位姿、手型的计算方法,实现了行为建模并进行仿真实现,解决了任务仿真中的 交互量大问题,使仿真结果具有重用性。并以飞机装配的手工铆接仿真为例对方法进行验证。     

基于装配约束动态管理的虚拟拆卸

装配约束是虚拟拆卸环境下必须考虑的装配体的重要信息，提出虚拟拆卸过程中装配约束的动态管理机制，并实现了基于装配约束导航的虚拟拆卸。装配约束的动态管理包括虚拟环境下装配约束的获取、表达以及拆卸过程中装配约束的动态维护，即装配约束的动态解除和产生，文中用装配约束图表达零件间的装配约束，提出装配约束的间接解除方法，并实现了基于装配约束推理的零件可拆卸方向的推导。最后，通过一个简单装配体的拆卸实例，对文中方法进行了验证。     

一种基于多视角图像的目标物体定位方法

在遥操作机械臂时,为了能有一个更加友好的人机交互界面,往往需要在控制界面中构建一个虚拟的机械臂以及机械臂工作空间,所以,在虚拟工作空间中标示出目标物体与虚拟机械臂的相对位置,给操作人员一个直观的提示,是虚拟工作空间重构的关键问题.针对机械臂遥操作,提出了一种基于不同视角图像的快速高效的定位方法,该方法根据目标物体在多个不同视角图像中的位置,计算出目标物体在实际工作空间中的位置,从而在虚拟机械臂工作空间中标示出目标物体与虚拟机械臂的相对位置.最后,构建了机械臂遥操作实物系统,验证了该方法的正确性.     

Head-Tracked Stereo Viewing with Two-Handed 3 D Interaction for Animated Character Construction

In this paper, we demonstrate how a new interactive 3 D desktop metaphor based on two-handed 3 D direct manipulation registered with head-tracked stereo viewing can be applied to the task of constructing animated characters. In our configuration, a six degree-of-freedom head-tracker and CrystalEyes shutter glasses are used to produce stereo images that dynamically follow the user head motion. 3 D virtual objects can be made to appear at a fixed location in physical space which the user may view from different angles by moving his head. To construct 3 D animated characters, the user interacts with the simulated environment using both hands simultaneously: the left hand, controlling a Spaceball, is used for 3 D navigation and object movement, while the right hand, holding a 3 D mouse, is used to manipulate through a virtual tool metaphor the objects appearing in front of the screen. In this way, both incremental and absolute interactive input techniques are provided by the system. Hand-eye coordination is made possible by registering virtual space exactly to physical space, allowing a variety of complex 3 D tasks necessary for constructing 3 D animated characters to be performed more easily and more rapidly than is possible using traditional interactive techniques. The system has been tested using both Polhemus Fastrak and Logitech ultrasonic input devices for tracking the head and 3 D mouse.