速度驱动的复杂场景多层级力觉交互算法

触/力觉交互技术应用环境的复杂化,对复杂触/力觉场景的研究提出了新的挑战.文中以虚拟现实牙科手术训练系统为背景,研究基于速度驱动的复杂场景多层级力觉交互算法.文中采用CATIA对下牙列大量数据进行网格简化,建立了下牙列场景的层次细节(Levels Of Detail,LOD)模型;基于人类触觉感知的精度随交互速度的变化规律,设计了速度驱动的LOD模型触发机制;提出了虚拟工具化身SCP(Surface Contact Point)层级映射算法,保证了力觉交互设备的稳定性,并发现了映射约束线段的长度是保证力觉逼真性及实时性协调的关键变量;最后,设计了针对一般儿何体和复杂曲面的实验,量化评价文中算法的逼真性及实时性,证明了将人手运动速度作为场景模型复杂度切换驱动条件的有效性.     

交互式乐器演奏的六自由度力觉渲染方法

目的在进行虚拟乐器交互演奏时,需要模拟触力觉-视觉-听觉多通道同步反馈,其中触力觉反馈的难点在于模拟人手操作乐器的六自由度(6-Do F)力觉交互过程。方法提出一种基于混合模型和单边约束优化的六自由度力觉合成方法,实现了虚拟人手和琴弦的多点多区域接触力觉模拟。虚拟人手采用层次化球树模型表达,古琴采用混合模型表达,其中琴体和琴弦分别采用层次化球树模型和直线解析模型。提出了基于混合模型的离散碰撞检测算法,实时检测虚拟手和琴弦是否产生碰撞;基于发生碰撞的几何元素对建立单边不可穿透约束方程,通过Active Set方法求解约束优化后方程,获得6维位姿变量保证图形显示场景中的虚拟手不会和琴弦产生穿透。为模拟琴弦变形,提出变直径的圆柱体模型来模拟琴弦在不同振动幅度下的动力学响应;提出交互状态敏感的力计算模型以刻画人手在弹奏不同状态琴弦(静态、振动态)的力觉感受差异。结果基于力觉交互设备Phantom Premium 3.0建立了实验平台,实验结果表明,本文算法可以模拟单点、多点等不同接触状态,并能模拟6维力和力矩,操作者可以感受到琴弦振动时的细腻力感觉,力觉交互过程稳定,算法计算效率在1 k Hz以上。结论算法可模拟针对琴弦一类的超薄形状物体的多点接触力觉交互过程,算法计算效率高,包含碰撞检测、约束优化、琴弦变形仿真等计算回路的更新频率也能达到要求,该混合模型能为后续复杂形状物体的碰撞响应研究提供思路。     

基于PIC的HTTP服务器端的研究与实现

以PIC24FJ256GA106单片机为对象,研究基于MCU的Web服务器设计实现方法.提出了以16位PIC单片机驱动以太网控制芯片的设计方案,设计嵌入式Webserver的系统结构.在应用层以HTTP协议为基础,构建嵌入式Web服务器,实现了浏览器与Web服务器的动态交互过程.软件开发设计方面,采用MPLAB IDE集成开发环境.最后将设计的嵌入式Web服务器应用于B/S模式的网络安防系统中,试验调试结果表明了这种方法的有效性,验证了传输功能的可靠性和稳定性、Web页面的实现等等.     

虚拟装配中基于导纳控制的力觉渲染技术

传统的力触觉渲染多采用阻抗控制,不能很好地满足虚拟装配的应用要求,相比之下导纳控制模式更适用这一领域.为此提出一种基于导纳控制的双线程力觉渲染构架,并给出相应的力觉渲染算法.首先建立用于导纳控制的动力学模型,并讨论了碰撞和约束这2个状态下的力觉渲染;为了使用力觉交互接口进行虚拟装配中的小间隙装配,提出物理约束与几何约束结合的力觉渲染方法;最后针对物理计算和力反馈循环2个线程刷新频率不匹配的问题,利用二次拉格朗日多项式进行数值插值,实现了力觉交互接口的平稳输出.通过力反馈设备与自主开发的虚拟装配原型系统VAPP的连接与应用,验证了所提出的算法满足虚拟装配系统中力觉交互的应用要求.     

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。     

基于约束的刚体碰撞响应仿真研究与应用

为了解决虚拟场景中刚体碰撞与穿透问题,采用了一种基于约束的碰撞响应方法。根据刚体之间的穿透深度和在碰撞点处的相对速度,判定不同的碰撞状态。通过将多刚体碰撞和多点碰撞分割为单个碰撞,以刚体在碰撞点相对速度法向分量构建法向约束,切向分量构建切向摩擦约束。根据不同的碰撞状态以及牛顿恢复系数碰撞模型求取法向误差,并以碰撞点相对速度切向分量作为切向摩擦误差。结合约束与误差,得到碰撞的约束方程,联合刚体的动力学方程,迭代求解,计算碰撞之后刚体的速度,更新刚体的坐标与姿态,并计算刚体顶点在世界坐标系中的坐标。在虚拟矿山场景中进行了应用,仿真效果较好。     

基于CGI的嵌入式远程控制系统

本设计实现了一种基于B/S模型的嵌入式远程控制方法.主要研究内容包括:嵌入式动态Web服务器的架设,浏览器端用户和服务器端硬件交互的实现,模块化CGI硬件监控程序的开发,安全性的保证,交互动态客户操作界面的生成.     

基于ARM的嵌入式Web服务器的设计与实现

本文主要提出一种基于ARM的多线程并发Web服务器的设计方案,详细阐述了Linux下多线程并发Web服务器的实现方法.通过Windows或是Linux浏览器实现对Web服务器的远程访问及控制,实现与Web服务器的动态交互.在TCP/IP协议基础上,论述嵌入式Web服务器中TCP/IP协议的使用;并重点分析嵌入式TCP/IP协议栈的体系结构、动态Web服务器的移植以及在ARM处理器上运行的流程.     

嵌入式Web服务器的设计研究

研究了多种嵌入式操作系统,分析了嵌入式Web服务器在多种嵌入式操作系统应用问题,通过对多平台的嵌入式Web服务器体系结构的设计研究,实现了一个模块化、通过模块配置可以适合的几种嵌入式操作系统的嵌入式Web服务器.该服务器能够对不同种类操作系统目标多平台的异构性进行屏蔽,并分析了Windows CE操作系统下实现嵌入式Web服务器注意事项,给出该系统下嵌入式Web服务器的具体实现方案.     

嵌入式Web在无操作系统支持环境下的设计及实现

提出了一种能在8位MCU无操作系统的环境下实现Web服务器的方法,能很好地满足嵌入式系统的要求。该Web服务器不仅提供单纯的CGI功能,而且可方便地实现多页面多CGI,完成浏览器与设备的交互。该文介绍了无操作系统的嵌入式环境中实现Web服务器和CGI的特点和设计思想,并给出了主要实现算法。