虚拟装配交互界面中的隐式交互算法研究

针对现有虚拟装配系统中交互是以设备为中心的显式交互,不能有效地感知用户操作意图,用户认知负担和操作负担较高的问题,为了提高虚拟装配系统的智能性,将隐式人机交互引入虚拟装配系统,提出一种基于场景任务的用户意图感知算法.首先建立场景知识模型和用户知识模型,并分别构建显式交互知识库和隐式交互知识库;然后利用专家系统推理用户显式操作意图和隐式操作意图,实现人手向目标位置平移时场景主动拉近和抓放场景物体时物体主动旋转2种情景下的人机相向互动.实验结果表明,该算法实现了人机协同交互,降低了用户的操作负担和认知负担.     

基于物理的虚拟手交互碰撞力觉生成和反馈

提出一种考虑摩擦的虚拟手交互碰撞力觉生成和反馈方法,以让用户手指感受到逼真的冲击,增强虚拟操作的真实性和沉浸感．该方法首先运用冲量定理和弹性恢复系数,求得质点刚体在二维空间碰撞后的运动状态,然后结合库仑定理,生成质点刚体有摩擦的碰撞力,并拓展到三维空间的虚拟环境中,计算非质点的虚拟刚体碰撞的力矩,再通过虚拟手静力抓持力觉生成模型,将碰撞力和碰撞力矩作用到虚拟手上,求得每个虚拟手指受到的冲击力．当虚拟手抓持的物体与其它虚拟物体发生碰撞时,利用CyberGrasp力觉反馈数据手套,用户手指可感受到逼真的冲击力．实验结果表明运用所提出的方法,用户在虚拟装配时可感受到真实的碰撞力．     

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。     

面向协同装配的混合现实手眼交互技术研究

针对MR协同装配工作中存在的复杂人机交互问题,提出一种基于眼动追踪和手势识别的多通道交互方法。采用注视线检测和注视点检测对目标物体进行预选取。通过手势识别完成对候选目标物体的确认和相关操作。实验结果表明,该方法能实现对遮挡、微小尺寸、远距离目标对象的选取和操作。同时,协同装配实验验证了该方法在协同工作中的可行性。     

基于SolidWorks 的可视化定制研究

针对可视化定制系统中如何实时自动装配和交互浏览的问题,提出一种基于 SolidWorks 二次开发自动装配的方法。用户在网页上确定定制方案后,服务器端和与服务器有 固定联系的一台主机远程通讯,对SolidWorks 二次开发后的自动装配程序安装在此主机上,服 务器端远程启动主机上的自动装配程序,并接收装配完整的eDrawings 文件,将三维模型反馈 到网页上显示,用户可以在网页上实现虚拟交互浏览。该方法可以实现三维模型在多选择方案 下的实时自动组装和网页上的虚拟交互。     

基于VRML的虚拟秦汉博物馆的研究与实现

为了保护现有的秦汉文化遗产和提高人们参观博物馆的便捷程度,提出了通过构建虚拟秦汉博物馆网站来达到这双重目的的方法。对开发过程中使用到的物体几何建模、用户交互行为、场景导航图等关键技术进行了研究。重点分析了VRML中虚拟场景交互实现所采用的非编程和编程两种实现方法,并给出了两种交互方案的详细案例。提出了一套适用于VRML虚拟博物馆的虚拟场景优化方案,该方案在保证用户流畅漫游本系统的同时有效地解决了博物馆展品的细节显示问题。最后在网上建立起一个功能比较完善的虚拟秦汉博物馆。     

基于Virtools的虚拟校园在线交互设计与实现

在虚拟校园中,人性化的人机交互设计可提高系统的可用性和用户友好性。本系统在线展示了校园的仿真模型,并提供了可供用户操作的虚拟人物及其交互功能,使用户能尽可能真实地了解校园。为了使用户在浏览虚拟校园时获得更好的在线交互体验,提出并实现了虚拟校园系统需要解决的几个主要交互功能:人物及其视角交互、场景链接交互、信息链接交互、信息提示交互以及虚拟场景中物体的交互。该系统采用了多场景建模方法,以大化小、分而治之,避免使用过大的场景,缩短了系统的在线响应时间;使用Virtools自带的VSL脚本语言实现系统较复杂的交互功能,提高了程序的可重用性和可维护性,同时减少了系统占用的内存空间,提高了运行速度,并且实现了一些Virtools内置的BB不能实现的功能。     

基于Web的实时虚拟仿真系统研究与实现

根据真实场景设计数据库,并将场景信息的变化实时地更新到数据库中.将虚拟现实技术和计算机仿真相结合,基于该数据库建立基于W eb的实时虚拟仿真系统.实时生成场景过程中,根据真实物体在数据库中的位置信息对场景中的虚拟物体进行定位.此外,采用了VRML与JAVA通信的技术为虚拟场景提供交互功能,使用户可以通过网络查询到场景的实时信息.     

利用 WebGL 技术实现机房动态虚拟装配设计的可视化

本文设计并实现了一个面向机房的动态虚拟装配系统.该系统将传统的三维虚拟装配分解为二维装配和三维可视化两部分.在二维装配阶段,用户只需简单的交互操作就可完成机房的装配,配置结果记录在系统动态生成的配置文件中;在三维可视化阶段,系统根据配置文件可视化装配结果,实现虚拟装配.这种动态虚拟装配的架构有效提高了装配的效率,使装配更简捷、修改更容易.此外,该系统采用 WebGL 技术实现可视化,使得该系统的操作可全部在浏览器端完成,系统的发布和使用更加便捷.     

若干细粒度三维交互算法的实现

在三维软件中涉及到大量三维交互操作,尤其是三维编辑软件中.三维交互的好坏直接影响用户的操作感.给出一种三维交互算法,此算法可以沿物体自身坐标系的原点所在的面、坐标面、三个坐标轴拖动物体和绕坐标轴旋转这个物体.算法操作感觉良好,实现了在拖动的过程中物体紧跟随鼠标的效果.     

面向沉浸式流场可视化的多视图数据管理方法

由于沉浸式环境下的三维交互方式对二维界面操作不够友好,使得依赖于二维列表界面的流场数据管理任务变得复杂且低效。为了实现沉浸式虚拟环境下对流场数据高效的组织和管理,增强用户对流场空间信息的理解,提出一种基于多视图结合交互的沉浸式流场可视化数据块管理方法。该方法构建了一个三维小视图用于提供场景概览,并通过“主视图交互+小视图辅助“”小视图交互+主视图反馈”等多种多视图组合交互方式完成对多块流场数据的管理交互操作。最后构建了一个基于手势的沉浸式流场可视化系统,定义多项交互任务,从学习时长、完成时间和用户反馈几个方面对比了多视图方法和传统交互方法差异。实验结果表明,相比于传统交互方法,多视图方法可以显著提高数据管理任务的效率。     

应用虚拟现实技术的人机交互仿真系统开发

针对现有虚拟仿真系统在人机交互、实时响应、数据采集等方面存在的不足,综合运用多种虚拟现实软、硬件技术构建出一个可供人与虚拟操作对象进行实时人机交互的仿真系统。利用数据转换技术将设计对象导入该系统后,系统能通过实时采集人机交互过程中的相关操作数据,测量人机交互绩效,继而评价设计质量。实例应用证明了系统的可行性。     

虚拟场景视点与动态物体交互控制

提出了一种动态物体与视点位置的检测技术,实现了虚拟场景中动态物体的有序运动。建立视点与动态物体之间的运动轨迹向量和动态物体的交互方式,根据两轨迹向量计算两者的位置关系赋予动态物体不同的交互方法来实现虚拟场景中动态物体的有序运动。文章中给出了此方法的具体算法。     

A Virtual Reality Interface for Space Planning Tasks

Manipulating and assembling elements in a 3D space is a task which interests a huge number of potential applications whether they deal with real or abstract objects. Direct manipulation techniques in traditional interactive systems use 2D devices and do not allow an easy manipulation of 3D objects. To facilitate user interaction, we have studied direct manipulation techniques in a virtual reality environment. A VR interface is naturally object-oriented and allows the definition of real-world metaphors. Operators can thus work in the virtual world in a similar way to the real world: they perceive the position of objects through the depth cue of stereo view, and can grab and push them in any direction by means of avirtual handuntil they reach their destination. They can put an object on top of another and line it up with other objects. We model the virtual world as ajob-orientedworld which is governed by a few simple rules which facilitate object positioning. In this paper, we describe the design and implementation strategies to obtain a real-time performance on a low-level workstation.     

An Interactive Designing System with Virtual Sculpting and Virtual Woodcut Printing

In this paper, we propose an interactive designing method and a system based on it to create 3D objects and 2D images. This system consists of two subsystems for virtual sculpting to create a 3D shape and virtual printing to produce a picture with a printing block. In the virtual sculpting subsystem, a user can form solid objects with curved surfaces as if sculpting them. The user operates virtual chisels, and can remove or attach arbitrary shapes of ellipsoids or cubes from or to the workpiece. A 3D object generated by virtual sculpting looks like a real wooden sculpture. If using a board as a workpiece, a user can generate a virtual printing block. In the virtual printing subsystem, a user can synthesize a woodcut printing image from the virtual printing block mentioned above, a virtual paper sheet, and a printing brush. The user can synthesize a realistic woodcut print with a procedure similar to the actual woodcut printing.     

Construction of feature-matching perception in virtual assembly

An important characteristic of virtual assembly is interaction.Traditional direct manipulation in virtual assembly relies on dynamic collision detection,which is very time-consuming and even impossible in desktop virtual assembly environment.Feature-matching is a critical process in harmonious virtual assembly,and is the premise of assembly constraint sensing.This paper puts forward an active object-based feature-matching perception mechanism and a feature-matching interactive computing process,both of which make the direct manipulation in virtual assembly break away from collision detection.They also help to enhance virtual environment understandability of user intention and promote interaction performance.Experimentl results show that this perception mechanism can ensure that users achieve real-time direct manipulation in desktop virtual environment.     

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.     

A geospatial technique for detecting distance and Reflection Angle between real and virtual objects

This paper presents a geospatial collision detection technique consisting of two methods: Find Object Distance (FOD) and Find Reflection Angle (FRA). We show how the geospatial collision detection technique using a computer vision system detects a computer generated virtual object and a real object manipulated by a human user and how the virtual object can be reflected on a real floor after being detected by a real object. In the geospatial collision detection technique, the FOD method detects the real and virtual objects, and the FRA method predicts the next moving directions of virtual objects. We demonstrate the two methods by implementing a floor based Augmented Reality (AR) game, Ting Ting, which is played by bouncing fire-shaped virtual objects projected on a floor using bamboo-shaped real objects. The results reveal that the FOD and the FRA methods of the geospatial collision detection technique enable the smooth interaction between a real object manipulated by a human user and a virtual object controlled by a computer. The proposed technique is expected to be used in various AR applications as a low cost interactive collision detection engine such as in educational materials, interactive contents including games, and entertainment equipments. Keywords: Augmented reality, collision detection, computer vision, game, human computer interaction, image processing, interfaces.     

大型产品虚拟装配环境的视点漫游技术

针对大型产品虚拟装配环境中的场景漫游问题,提出一种简单且高效的视点运动 控制策略。以认知心理学和人机工程学理论为指导,首先建立人手作业空间,然后对作业空间 进行功能划分,分为对象操作区和视点漫游区,最后在功能分区的基础上建立人手运动感知与 视点运动控制的映射模型。通过实验证明,操作者对大型产品进行虚拟装配的过程中,可以轻 松地利用该方法实现场景漫游,进而实现虚拟环境中对象操作和场景漫游的无缝集成。