虚拟装配环境中虚拟手与虚拟零件的碰撞检测研究

虚拟装配环境中,采用数据手套进行虚拟零件操作是一个很重要的方法,通过在数据手套生成虚拟手的基础上,研究了虚拟装配民虚拟手与虚拟零件基于Hertz的碰撞检测算法,推导手指表面为球面的实现公式,并给出了具体的实现步骤。     

一种数据手套交互控制模块的设计与应用

在三维虚拟环境下进行虚拟制造(VM),是当今制造业发展的趋势.数据手套是实现虚拟现实技术的交互设备之一,数据手套的应用对于虚拟制造非常重要.研究数据手套的功能和原理,设计了一种面向虚拟制造的数据手套交互控制模块.通过虚拟手的建模以及数据手套实时采集数据,来实现虚拟手与人手的手势映射,并结合层次包围盒算法实现虚拟手与虚拟场景的碰撞检测.研究结果显示,在模块下人手到虚拟手的动作映射和虚拟手对虚拟物体的碰撞检测能基本满足虚拟制造系统的理论要求,具有一定的实用性.     

基于WTK的数据手套交互控制模块设计与实现

依据虚拟现实中数据手套操纵的虚拟手与虚拟场景的交互控制过程,在VC 环境下,设计了一个基于WTK的数据手套交互控制模块,重点研究其中的虚拟手手势合成技术和交互操作中的碰撞检测技术。提出用平行节点数据结构组织虚拟手模型,用空间图形变换法实现手势合成;结合包围盒和多边形碰撞检测法,研究了虚拟手与虚拟场景的碰撞检测。应用结果显示,虚拟手可动态地呈现与人手基本一致的手势,能够比较逼真地实现了虚拟手抓取物体、释放物体等交互操作。     

面向对象的虚拟手技术研究及实现

虚拟手技术是一种很有前途的人机交互技术。本文采用面向对象的方法,建立了一个虚拟手模型,并给出了从人手到虚拟手合理的运动映射算法。然后以Open Inventor为软件平台,采用数据手套和位置跟踪器作为主要的输入设备,开发了一个虚拟手原型系统,实现了人手与虚拟手的直接交互,并能自然、高效地完成一些虚拟操作。     

基于数据手套的人机交互环境设计

在对于手结构和手关节运动深入分析的基础上,建立了基于约束的,以关节为节点的“父,子物体”链接的虚拟手模型,绘制了虚拟手。通过对数据手套及接口的分析与设计,根据手运动类型的约束条件及图形变换原理,实现了基于数据手套的手势合成,碰撞检测和碰撞处理的三维交互操作环境,在该虚拟环境中,虚拟手可以进行飞行,抓骤,释放物体等各类运动与操作。     

虚拟场景中基于数据手套的交互方法

为了提高操作训练仿真系统的真实性、沉浸感，提高交互的质量和效率，将数据手套引入该系统。针对该输入设备，对其使用方法、数据读取以及交互方法进行了研究。利用Creator软件建立虚拟场景和虚拟手模型，在VC 和Vega集成开发环境中编程实现虚拟场景中基于数据手套的交互。     

虚拟手操作技术研究及实现

人机交互是虚拟现实的关键技术之一,而虚拟手操作技术是人机交互技术的重要组成部分,是虚拟现实和运动学相结合的产物.在虚拟手操作技术中如何实现实时、准确的抓取一直是人们所关注的问题.首先研究了虚拟手在虚拟场景中的碰撞检测理论,并在此基础上制定了虚拟手对虚拟物体的稳定抓取规则,然后以Open Inventor为软件平台,采用数据手套和位置跟踪器作为主要的输入设备,实现了虚拟手对虚拟物体的抓取、移动、释放等一系列虚拟操作,实例证明了该技术具有很强的实用性.     

基于虚拟手的人机交互关键技术

基于虚拟手的人机交互技术是虚拟现实中的研究热点。对其中的关键技术进行了研究,采用多边形网格建模方法,建立了虚拟手的逼真几何模型;基于Virtools平台开发了数据手套的数据采集模块,提出使用基于初始值的数据转换方法,解决了开始运动时的跳变问题,同时对手指的外展运动,使用约束值方法进行处理,提高了虚拟手与真实人手匹配一致性;最后,针对虚拟手与虚拟物体的操作交互,提出了一种基于有效阈值角度的抓取算法。通过Virtools平台进行验证,实验结果表明:虚拟手模型逼真度高,手型变化自然;同时实现了虚拟手对虚拟物体的操作交互,具有很强的实用性。     

虚拟环境中的多手指抓取操作技术

抓取操作是虚拟手操作的关键部分.为了实现无力反馈条件下抓取的真实准确,提出一种虚拟环境中的虚拟手抓取方法.通过建立虚拟手结构模型和采用状态变换描述抓取过程,实现了未被抓取和被抓取时的模型运动控制;对逆运动学循环坐标下降算法进行改进,并结合正向运动学方法调整手指姿态,解决了手指穿透问题;通过确立抓取条件,保证了抓取操作的真实准确.利用二次开发环境CAA将数据手套与CATIA V5集成,在无力反馈虚拟原型系统中实现了简单模型的抓取,证明了文中方法的正确性及实时性.     

虚拟操作训练系统中的人机交互技术

为提高某型导弹动力系统虚拟操作训练中人机交互的沉浸性,开发了基于数据手套和空间位置跟踪仪的人机交互环境。介绍交互环境的硬件组成和工作原理,根据手的生理结构和运动特性,建立具有约束的虚拟手几何建模,采用面向对象的技术,对虚拟手的数据结构进行描述,采用放置透明包围体的方法,有效解决碰撞检测问题,对碰撞后的视觉和力觉反馈进行研究。该系统提高了该型导弹动力系统虚拟操作训练的效率。     

一种基于非线性弹簧模型的虚拟手交互新方法

基于虚拟手的交互技术在人机交互和人机工程学测试等应用中发挥着重要的作用。为了实现直观自然、实时准确、接近真实世界中的虚拟手与虚拟物体的交互,并计算出反馈作用力,首先提出了用非线性弹簧模型计算抓取作用力,使虚拟手和虚拟环境之间实现了基于物理的交互;然后将计算结果以视觉渲染的形式反馈给用户,并对仿真的速率做了定量分析,以便使仿真速率可以达到屏幕刷新频率和力反馈刷新频率的要求。实验结果表明,虚拟手不仅可以直观自然地抓取3维虚拟物体,而且和3维物体之间能够进行实时交互,同时可计算出反馈作用力。     

Interaction techniques in desktop virtual environment: the study of visual feedback and precise manipulation method

Gesture-based systems allow users to interact with a virtual reality application in a natural way. Visual feedback for the gesture-based interaction technique has an impact on the performance and the hand instability making the manipulation of the object less precise. This paper investigated two new interaction techniques in a virtual environment. It describes the influence of natural and non-natural virtual feedback in the selection process using the GITDVR-G interaction technique, which consists of a grasping visual feedback. The GITDVR-G was evaluated in a virtual knee surgery training system. The results showed that it was effective in terms of the task completion time, and that the participants preferred the natural grasping visual feedback. Besides that, the precise manipulation in a newly-designed interaction technique (Precise GITDVR-G) was evaluated. The Precise GITDVR-G includes a normal manipulation mode and a precise manipulation mode that can be triggered by hand gestures. During the precise manipulation mode, an inset view will appear and move with the selected object to provide a better view to users, while the movements of the virtual hand are scaled down to improve the precision. Four different configurations of the precise manipulation technique were evaluated, and the results showed that the unimanual control method with an inset view performed better in terms of the task performance time and the subjective feedback. The finding suggested that the realistic virtual grasping visual feedback can be applied in a virtual hand interaction technique, and that the inset view feature is helpful in the precise manipulation.     

虚拟拆卸中多方式交互技术的应用

通过分析虚拟环境下不同人-机交互方式的特点,结合对产品装配体进行人工拆卸的操作活动,提出面向虚拟拆卸的人-机-零件间的多方式交互操作方法,在虚拟环境下研究和利用手抓取操作、手势操作、语音命令和3D虚拟菜单等多种交互方式对产品零部件进行自然、直观的人工拆卸,人机结合进行产品的装配／拆卸序列规划。     

面向人机工程学测试的虚拟手仿真模型

以人机工程学测试为目标提出虚拟手仿真模型,建立虚拟手运动学模型。提出一种曲线拟合的校准方法,以获取精确的数据,更好地控制虚拟手的运动。建立弹簧模型计算手与被抓取物体之间的受力,以视觉渲染的形式将其反馈给用户。实验结果表明,虚拟手可自然地抓取三维虚拟物体,视觉反馈的使用可免于购买昂贵的力反馈设备。     

虚拟手模型及其抓取技术

在深入分析手的解剖结构和运动特点的基础上，采用层次结构建模方法，建立了虚拟手模型、然后针对已有的虚拟手抓取规则过于简化的特点，提出了一种新的虚拟手抓取规则．该规则能够使虚拟手正确地抓取虚拟环境中的物体．最后运用虚拟手模型和抓取规则实现了虚拟手对虚拟物体的抓取、移动和释放操作．     

基于Visual C + +的水下机器人手爪作业过程仿真与实现

针对水下机器人手爪作业过程的仿真实现,提出了一种界面友好的虚拟动态展示方法.该方法在已有水下机器人手爪的机械模型基础上,通过环境设置和相对位置调节,模拟水下作业过程;为改善虚拟作业过程的交互性并降低设计难度,在Visual C 环境下用帧动画方法实现了动态过程的演示.该方法的思路和程序结构适用于类似应用场合.     

Adaptive mixture-of-experts models for data glove interface with multiple users

Hand gestures have great potential to act as a computer interface in the entertainment environment. However, there are two major problems when implementing the hand gesture-based interface for multiple users, the complexity problem and the personalization problem. In order to solve these problems and implement multi-user data glove interface successfully, we propose an adaptive mixture-of-experts model for data-glove based hand gesture recognition models which can solve both the problems.The proposed model consists of the mixture-of-experts used to recognize the gestures of an individual user, and a teacher network trained with the gesture data from multiple users. The mixture-of-experts model is trained with an expectation-maximization (EM) algorithm and an on-line learning rule. The model parameters are adjusted based on the feedback received from the real-time recognition of the teacher network.The model is applied to a musical performance game with the data glove (5DT Inc.) as a practical example. Comparison experiments using several representative classifiers showed both outstanding performance and adaptability of the proposed method. Usability assessment completed by the users while playing the musical performance game revealed the usefulness of the data glove interface system with the proposed method.     

基于双目视觉的人手定位与手势识别系统研究

提出了一种新的人手特征点提取方法,该方法将人手的质心作为匹配点,根据双目视觉定位数学模型计算目标位置信息,同时通过图像分割获取人手轮廓,利用轮廓凸包点特征来识别不同手势.在此基础上,研究设计了一种光学人手定位与手势识别系统,该系统在实时定位空间人手三维位置的同时,能够识别出相应的手势,可将其作为虚拟手的驱动接口,实现对虚拟物体的抓取、移动和释放操作.