基于动力学模拟的虚拟手交互系统的研究与开发

论文摘要

虚拟手技术是实现自然高效的人机交互的关键技术之一,它可以将人在日常生活中获得的经验技能直接运用到人机交互中,符合人类的认知习惯。通过对数据手套原始数据的采样与计算,以及对人手运动特点的研究与分析,经过校正,完成从人手到虚拟手的运动映射。采用穿透恢复的方法对抓取操作中的穿透进行处理,增强了真实性。Mirtich的碰撞整合方法需要求解常微分方程组,计算量庞大,无法满足虚拟手交互系统的实时性要求。采用碰撞期间滑动方向保持不变的假设,对Mirtich的碰撞整合方法进行改进,把滑动方程从常微分方程组简化为简单的代数函数,把碰撞整合从三个阶段简化为两个阶段。经实验证明,计算效率提高了10倍左右,系统帧率达到30帧以上,满足了实时性要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 虚拟现实的研究现状
• 1.2 动力学模拟的研究现状
• 1.3 项目背景及意义
• 1.4 论文章节安排
• 1.5 本章小结
• 第2章 基于数据手套的虚拟手的建模及抓取操作
• 2.1 人手的解剖结构和运动特点
• 2.1.1 人手的解剖结构
• 2.1.2 人手的运动特点
• 2.2 5DT数据手套的原理和功能介绍
• 2.3 虚拟手的建模与运动映射
• 2.3.1 虚拟手的建模
• 2.3.2 从人手到虚拟手的运动映射
• 2.4 虚拟手的抓取操作
• 2.4.1 抓取规则
• 2.4.2 穿透处理
• 2.5 本章小结
• 第3章 虚拟手交互系统中的碰撞检测
• 3.1 碰撞检测综述
• 3.1.1 碰撞检测的定义
• 3.1.2 影响碰撞检测的因素
• 3.1.3 碰撞检测的方法
• 3.2 SOLID在虚拟手交互系统中的应用
• 3.2.1 SOLID的原理和功能
• 3.2.2 SOLID的应用
• 3.3 本章小结
• 第4章 虚拟手交互系统中的动力学模拟
• 4.1 关于碰撞模型的假设
• 4.2 碰撞分析
• 4.2.1 碰撞方程
• 4.2.2 滑动分析
• 4.2.3 粘滞分析
• 4.3 改进的碰撞整合
• 4.3.1 碰撞力做功
• 4.3.2 新参数的选择
• 4.3.3 新参数下的滑动方程
• 4.3.4 改进的滑动处理
• 4.3.5 改进的粘滞处理
• 4.3.6 计算效率分析
• 4.4 本章小结
• 第5章 系统运行结果
• 5.1 运行结果
• 5.1.1 虚拟手的抓取操作
• 5.1.2 虚拟物体的动力学模拟
• 5.2 本章小结
• 第6章 总结与展望
• 6.1 论文工作总结
• 6.2 将来工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简历