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。     

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.     

基于防摇吊具的集装箱起重机半物理仿真系统

针对集装箱起重机学员培训周期长、安全性差等问题,提出一种基于3D图形渲染引擎（OGRE）的虚拟现实技术,实现集装箱起重机半物理仿真操作培训的方法。设计集装箱起重机司机室硬件操作平台,使用OGRE渲染引擎驱动集装箱货场的三维虚拟场景;建立防摇吊具摆动的动力学模型,模拟起重机吊具的残余摆动;并用以太网通讯实现起重机联动台等实物硬件与虚拟现实仿真软件的信息交互。解决仿真操作系统中的虚拟场景的驱动、吊具残余摆动的模拟、实物硬件与虚拟软件的实时通讯等关键问题。实验结果表明,该半物理仿真系统真实感强,对集装箱起重机驾驶训练有重要价值。     

虚拟手抓持力觉生成算法真实性的评价

目的 虽然许多学者研发了多种虚拟手交互触力觉生成算法,但是如何评价虚拟手交互触力觉生成算法的真实性是一个富有挑战性的新问题,值得深入研究.方法 构建手指抓持力测量平台,设计3种抓持姿态下指尖静力抓持球体实验内容,测得各指尖作用力的实测值;通过虚拟手静力抓持力觉生成算法,求得这3种抓持姿态下各手指作用力的理论值;对实测值进行统计和分析,并与理论值进行对比和讨论;结果 日常抓持经验和实测值是完全相符的,实测值和理论值很接近且偏差均在可接受范围之内.单个手指作用力或多个手指合力的实测值与理论值的偏差均在1%6%.结论 本文实现了一种基于物理的实验方法,评价和分析了虚拟手静力抓持力觉生成算法的真实性,证实此算法可以逼真地生成虚拟手抓持力,可应用于具有力反馈的自然的虚拟手交互.     

面向智慧家庭的虚拟体验系统的研究与开发

针对传统室内设计在用户体验方面缺少沉浸感、交互性等问题,提出了一种基于虚拟现实技术的家居互动设计虚拟体验系统的实现方法,本方法围绕虚拟现实的基本特征,使用三维软件制作虚拟场景,使用Unity游戏引擎和基于物理渲染技术提高虚拟场景的逼真度,使用虚拟现实设备HTCVive为用户提供交互体验操作。通过虚拟体验系统的开发,提出了一种新的室内家居设计体验方法。     

基于CHAI3D的虚拟手术训练系统研究

CHAI3D具有强大的力觉渲染能力,但相关应用并不广泛,为此,在CHAI3D平台下搭建虚拟手术场景,导入手术台及人体的3ds文件,通过属性设置、纹理贴图、视角变换增强系统的视觉表现;详细给出CHAI3D平台下虚拟手术场景设计的具体流程及其在虚拟训练系统中的力觉渲染优势;最后呈现了不同视角下的虚拟手术训练系统实例.关键程...     

基于Virtools的井控仿真培训系统的设计与实现

采油生产最大的安全隐患来自于井控安全,针对油田井控安全操作培训的弊端,提出了基于Virtools的井控仿真培训系统。文中基于虚拟现实技术,介绍了基于Virtools开发井控仿真培训系统的一般方法,并从模型的建立、模型的优化、模型的转换、场景集成、系统结构、系统功能这些方面对系统的设计与实现进行了详细的论述。实现了具有井口漫游、双视口显示、交互菜单、演练及考评等功能的井控仿真培训系统。借助于这样的一个培训系统,提高了培训效果,提升了员工的整体操作水平,实现了操作标准化,进一步保障了井控安全。     

临场感遥控作业机器人的力觉虚拟现实建模研究

虚拟现实技术是目前解决临场感遥控作业机器人系统中时延问题的有力手段。本文针对力觉虚拟现实的实现,提出一种新的力觉虚拟环境的建模方法。该方法引入虚拟物体的动力学特征,使得模型更具起初性,不仅可以生成交互时发生的弹性接触力,还可以生成操作过程中的惯性力以及接触过程中的摩擦力。实验表明了该方法的有效性。     

空中手绘：一种三维自由曲线绘制方法*

针对虚拟现实环境下,触力觉设备在进行三维自由曲线绘制时其导线物理连接影响绘制过程的问题,提出了一种基于立体视觉的三维自由曲线绘制方法。通过立体视觉技术以非接触的方式跟踪设计人员的空间绘制过程,将其转换为一系列离散的三维空间点,再通过B3样条拟合方法将离散的三维空间点拟合为三维曲线。实验结果表明,提出的方法能够直接捕捉设计人员的绘制意图,并快速将其转换为三维自由曲线。     

虚拟现实技术在计算机组装实验的中应用

提出了虚拟计算机组装体系结构,实现了基于虚拟现实技术的虚拟计算机组装原型系统,探讨了在虚拟组装中Vega Prime场景的控制及渲染技术、碰撞检测算法以及计算机零件模型的实时编辑和定位等技术,并将其应用于实践,验证了所构建虚拟装配系统的可行性.     

虚拟现实力觉临场感遥控作业系统的研究进展

本文阐述了虚拟现实技术在力觉临场感遥控作业系统中的研究和应用背景、状况和主要内容,综述了虚拟现实力觉临场遥控作业实系统的国内外最近研究进展,并介绍了目前研究亟需解决的关键技术,指出虚拟现实力觉临场感遥控作业系统的研究对临场感技术以至于非确定性环境下作业的第三代机器人的发展有着非常重要的理论意义和应用价值。     

基于OGRE引擎的虚拟场景浏览

虚拟现实技术的虚拟交互性得到了越来越广泛地应用,虚拟场景浏览技术有效地解决了现实世界的时空局限等瓶颈问题.在对虚拟现实(3I)原理研究分析的基础上,依据插件设计的思想,设计了一种基于OGRE引擎的虚拟场景浏览框架,框架明确的包含两个端:渲染端和控制端.渲染端封装了OGRE渲染引擎,实现了快速实时的渲染;控制端,通过建立虚拟漫游交互机制来完成虚拟场景与外设的实时控制.基于OGRE八叉树的场景管理、射线查询算法、寻路算法、物体的拣取、RTT等技术的运用实现了用户与虚拟环境的交互系统,用户操作信号输入到计算机中并作用于虚拟环境,创建实时渲染处理结构,实现人与虚拟环境的实时快速的交互;基于OpenAL,OggSound的音效系统,克服了用户在场景浏览时的单调与乏味,更具真实感,丰富了场景浏览的真实性.在实践中应用OGRE图形引擎、CEGUI界面库、OpenAL,OggSound声音库实现了该系统.     

悬臂式掘进机虚拟仿真平台设计

悬臂式掘进机广泛应用于煤矿井下巷道施工,掘进机的培训包括传统的书本教学方法和基于井下实际操作的训练方法,但是由于其场地和安全的局限性,无法满足训练要求.针对这一现状,利用虚拟现实技术和交互仿真技术构建了悬臂式掘进机虚拟仿真平台.该平台采用三维建模技术,使用多边形建模方法制作了悬臂式掘进机、转载机、供电系统等三维模型;运用Unity3D引擎驱动三维模型组成的虚拟场景,采用场景优化技术实时渲染出沉浸式的虚拟场景;在脚本语言C#编程环境下实现操作流程顺序控制、操作描述、三维模型驱动等,实现悬臂式掘进机虚拟仿真培训.培训结果表明,沉浸式人机交互可达到与实物培训相类似的效果,提高使用者学习和操作悬臂式掘进机的效率.     

浅谈虚拟微机组装技术的研究应用

提出了虚拟微机组装体系结构,实现了基于虚拟现实技术的虚拟微机组装原型系统,探讨了在虚拟组装中Vega Prime场景的控制及渲染技术、碰撞检测算法、及微机零件模型的实时编辑和定位等技术,并将其应用于实践,验证了所构建虚拟装配系统的可行性。     

基于虚拟现实技术的油田仿真培训系统的设计

油田作业培训的安全问题一直备受关注,为了保证油田作业培训的安全性,将虚拟现实技术应用于油田仿真培训工作,建立油田仿真培训系统.该系统基于虚拟现实技术,设计了油田仿真培训系统的总体结构,提出了演示、操作演练和考评三种培训模式,阐述了交互式菜单和对三维实体的交互式操作两种人机交互方式,引入了虚拟人和虚拟手的模型及控制技术.该系统虚拟场景逼真,培训功能齐全,用户可以进行多视点、多场景的浏览,让用户有身临其境的感觉,目前已经应用到实际培训中,效果良好.     

沉浸式交互虚拟现实展馆设计与制作

沉浸式交互虚拟现实展馆是目前较为先进的虚拟现实展管技术,但是目前现有的沉浸式交互虚拟现实展馆系统存在运行速度慢、模型加载速度慢、瞬移和交互有延迟等问题。本研究使用了精细展品的LOD技术、PBR技术、瞬移和抓取碰撞检测算法,提高了展馆的实时渲染加载速度和交互性。     

基于物理模型的实时烟雾模拟

针对使用直接绘制法渲染烟雾时,在高网格分辨率下实时性差的问题,文中提出了一种新的基于纹理的烟雾渲染算法。该算法采用不可压缩的Navier-Stokes方程作为烟雾模拟的基本物理计算模型,从而保证烟雾物理运动的真实性,同时利用OpenGL中的纹理映射技术渲染烟雾,保证了烟雾渲染效果真实,烟雾模拟细节更能体现出来;另外文中还给出了在烟雾中添加障碍物时边界条件的计算方式。模拟实验结果表明,该算法既能满足烟雾模拟的实时性,又能真实有效地模拟烟雾流动情况。     

基于Open Inventor的虚拟驾驶仿真系统

基于虚拟现实技术,以3ds MAX为建模软件,Open Inventor为开发平台,通过面向对象的编程方法设计了虚拟驾驶仿真系统,介绍了三维模型的导入、层次细节技术、碰撞检测、运动相机的控制与渲染等关键技术.通过实验表明,本系统真实地模拟了汽车在驾驶过程中起步、换挡、加减速、转向、制动等行驶工况,并实时地通过碰撞检测算法来判断虚拟车辆模型与虚拟场景之间的碰撞.