虚拟现实力反馈设备的设计与实现

主要介绍了虚拟现实力反馈设备的设计与实现。文章先从力反馈设备的总体结构出发,根据设备的两种运作状态提出了设计的要求。然后讨论了运动空间、机械结构的确定等几个设计方面的关键问题的解决办法,其中重点介绍了传感器的设计。根据文中方法实现的小型力反馈设备在实际应用中取得了良好的效果。     

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。     

基于单张图像的三维人脸重建

利用一种基于法线的模型变形方法,从单张图像重建高质量的三维人脸.利用球谐函数和一个初始参考模型计算得到模型上每个顶点的法线,利用法线使参考模型变形.实验结果表明:提出的算法可以从单幅图像重建具有细节的高质量三维人脸.     

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。     

一种提高基于线绳的力反馈设备显示阻抗范围的方法

提出一种通过动态调整线绳预紧力提高基于线绳的力反馈设备显示阻抗范围的方法．介绍了基于线绳的力反馈设备的基本结构, 从能量耗散的角度分析了线绳张力对设备显示高刚度虚拟物体时稳定性的影响,并分析线绳预紧力与力觉交互透明性之间的关系． 为同时满足稳定性和透明性的要求,根据设备操作末端与虚拟物体的接触状态,对线绳的预紧力进行动态调整．实验结果表明, 该方法能够在保持设备透明性的同时,有效提高其稳定性,从而提高设备显示的阻抗范围．     

基于力反馈的虚拟拆卸系统关键技术研究

在虚拟拆装系统的研制过程中,一般要求设计的系统具有尽可能好的“沉 浸感”,除了给用户良好的视觉感受外,应尽可能多的增加其它感官感受,例如触觉等。因 此,对于力/触觉反馈的研究就变得尤为重要。该文在对PHANTOM Omni 力反馈装置工作 原理分析的基础上,运用VC++与OSG 相结合,实现了虚拟物体的拾取和交互式移动,针 对典型机械装备,开发了基于力反馈的交互式虚拟拆卸系统。使维修人员对机械产品和维修 场景产生最直接的感受与真实的操作体验,提高维修人员的维修质量和效率,降低训练成本。     

基于多粒度匹配的高超速飞行体三维重构方法

针对高超速飞行体在飞行过程中能获取到的图像信息较少,无法完全复现其轮廓信息,提出一种基于多粒度匹配的三维重构优化方法。首先通过两台高分辨率CCD相机正交的阴影照相站系统采集高超速飞行体多幅图像信息,利用图像分割技术提取物体的二维轮廓;然后采用改进的SFS算法求解出物体表面各点的相对高度和表面法向量,恢复其三维形貌;最后使用图像拼接优化技术实现高超速飞行体表面的三维重构。并经过实体模型的三维重构验证所提方法的可行性及有效性。     

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。     

基于灰度图像的三维曲面重建系统设计

由二维图像重建三维模型是计算机科学中的一个研究热点。对该问题进行了深入研究，提出了一个基于Shape From Shading（SFS，基于阴影恢复形状）方法进行曲面重建的方法。该方法从图像人手，采用图像处理技术对图像进行必要的处理，由图像的亮度进行曲面三维形状的重建，并利用OpenGL和Visual C＋＋开发了一个三维曲面重建系统，可以由曲面的二维灰度图像方便地重建出其三维形状。该系统的设计对实现产品的快速开发具有重要的意义。     

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。     

生物软组织力反馈触觉建模测试系统研制

设计了一种结构新颖的用于生物软组织力反馈触觉建模的测试系统。阐述了系统结构与工作原理,介绍了系统的机械设计、硬件电路和系统软件。系统采用计算机测量并控制带有力和位置传感器的单自由度机械手,通过插针实验与动物软组织交互得到软组织的力反馈触觉模型。以猪肝为标本进行实验,实验结果和现有的理论模型较为符合,该系统可以用于软组织触觉建模实验研究。     

Effects of using a force feedback haptic augmented simulation on the attitudes of the gifted students towards studying chemical bonds in virtual reality environment

The aim of this study is to identify the effects of force feedback haptic applications developed in virtual reality environments (VREs), which is an important field of study in computer science and engineering, on gifted students’ attitudes towards chemistry education in learning process. A 3D 6 DOF (Degree of Freedom) haptik device (Phantom Omni?) has been used to develop the algorithm in this study. It can be used to transmit force and motion using a haptic device. Visual C++ was choosen as the software development environment. OpenGL? and Haptic Device Application Programming Interface have been used for rendering graphics. At the 3D image creation state Wrap 1200?, which is a kind of head-mounted display, has been chosen. The sample of this study consists of 52 students identified as gifted and are attending 6th and 7th grades at the Istanbul Science &; Art Center in Istanbul. The experimental group studied chemical bonds using an application developed by using a force feedback haptic device in VRE and the control group studied it by traditional teaching methods. The study reveals that there is a relation between using force feedback haptic applications which are developed in VREs and gifted students’ attitudes towards educational programs.     

基于明暗恢复法的三维重建算法分析

明暗恢复形状法是计算机视觉领域的热门问题。明暗恢复法是通过一张照片的灰度信息恢复物体表面形状的一种方法。本文从数学角度度分析了SFS问题,并提出了三种解法:直接法求解,变分法求解和采用优化理论理论求解。并分析比较了这三种方法的适用范围和各自的典型算法。最后分析了SFS问题的发展趋势和难点问题。     

基于图层分割的文档图像压缩方法

传统的图像压缩技术,大都基于图像空域和色度空间同质性的假定,在文档图像的压缩中并不能取得最好的压缩效果。针对文档图像的特点,提出了一种基于图层分割的文档图像压缩方法。该方法首先利用多尺度的2色聚类算法进行文档图像的图层分割,然后根据不同图层的特征,分别采用效果最佳的压缩技术,能够获得比传统的方法更好的压缩效果。     

基于改进Hough变换的文本图像倾斜校正方法

文本图像在扫描输入时产生的倾斜现象会对后续的页面分割及光学字符识别（OCR）处理产生很大的影响，而传统的标准Hough变换虽然具有对噪声不敏感，不依赖于直线连续性的优点，但由于计算量偏大，速度慢，在实用时有较大的局限性。提出一种基于改进的Hough变换的文本图像倾斜校正方法，通过在变分辨率图像中采用不同的文本方向提取算法，及选择合理投票门限等改进Hough变换的措施，减小了由图像区域及文字笔画粗细所产生的对倾角判定的不利影响，并使用基于偏移值的方法实现页面倾斜的快速校正。实验结果表明，该算法实现了大范围高精度的文本图像倾角的快速检测，具有较强的实用性。     

基于连通域的扭曲中文文本图像快速校正方法

针对扭曲中文文本图像文字识别率不理想这一问题,提出一种基于连通域的文本图像快速扭曲校正方法。根据汉字结构特征合并连通域,实现切分文字;利用就近聚合文字的方法定位文本行,按行垂直校正每个文字位置,获得被校正的图像。实验结果表明,该方法校正速度快,对严重扭曲的中文文本图像能取得较好的校正效果,校正后图像的OCR识别率明显提高。     

基于二次曲面和自组织系统的自由曲面重构研究

基于局部二次曲面拟合的SFS方法将图像中的每个像素视为具有决策能力的生命单元,以灰度图像为模板,在此模板引导下,模仿生物群体的自组织行为,实现自由曲面的三维重构.在图像平面的局部区域内,利用局部灰度信息拟合二次曲面来得到自由曲面的微观模型.微观模型通过自组织系统的计算,即可得到宏观的自由曲面模型.实验表明该方法能够快速得到理想的自由曲面,且比同类方法在计算精度上有显著提高.     

CLAHE和细节放大相结合的档案图像增强方法

图像增强可提高扫描档案图像的质量,关系到档案图像信息系统的生命。运用CLAHE可以进行全局对比度拉伸,运用Lee滤波器可进行局部细节放大,将两者结合可形成放大细节的CLAHE方法。对结合的方法从两方面进行改进,一是引入噪声抑制措施,使得Lee滤波器只放大图像细节而不放大噪声;二是制定柔性细节放大机制,使得细节放大更加符合人类视觉习惯。改进后的方法既能提高全局对比度,又能有效放大局部细节。实验表明,提出的方法对包含文本、图形和图像的扫描档案具有较好的增强效果,且能够满足国家行业规范要求和实际应用需要。