基于触觉反馈的虚拟变形与切割研究

摘要

虚拟现实技术越来越多的得到应用，但大多研究集中在视觉和听觉领域，而触觉和视觉、听觉一样，是人类对事物获得认知的重要途径，能提高虚拟系统的沉浸性。本文利用实验室的Phantom Omni触觉反馈设备进行关于触觉反馈（力反馈）的研究，探讨在虚拟场景中基于触觉反馈的物体变形和切割操作的实现。
　　首先，结合Phantom Omni触觉设备，在构建触觉造型系统的基础上，基于代理点方法，对虚拟场景中触觉效果产生的原理进行研究；同时以弹簧—阻尼器力反馈模型为基础，研究触觉设备和虚拟场景中物体相接触时触觉反馈力的计算。
　　其次，在介绍碰撞检测基本原理的基础上，构造了触觉反馈设备在虚拟场景中OBB树层次包围盒；并基于包围盒裁减算法实现场景中物体的碰撞检测，同时应用实例对该碰撞检测算法进行验证。
　　再次，基于质点弹簧系统构建虚拟物体模型，通过设置虚拟模型中质点的质量、弹簧刚度、阻尼系数以模拟现实物体的物理属性；通过分析模型中质点的受力，采用数值积分法求解模型中质点状态并实时更新，实现对虚拟物体的变形；同时分析模型刚度、阻尼系数和网格数量对虚拟模型变形效果的影响。
　　最后，基于三角面片模型，研究切割过程中切割条件的判断、切割路径的获取等问题；以网格逐步细分算法和体元剖分法为基础，研究虚拟切割操作中被切割到的网格的分裂过程和切缝的形成，实现对虚拟物体切割效果的模拟。

目录

基于触觉反馈的虚拟变形与切割研究

Research on Virtual Deformation and Cutting Based on Haptic Feedback

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 本课题研究的背景及意义

1.2 国内外在该方向的研究现状及分析

1.3 主要研究内容

第2章 触觉造型系统的构建

2.1 触觉造型系统的组成

2.2 触觉环境的建立

2.3 本章小结

第3章 基于层次包围盒的碰撞检测研究

3.1 基于层次包围盒树的碰撞检测原理

3.2 层次包围体树碰撞检测算法的框架

3.3 基于OBB层次包围盒树的碰撞检测

3.4 本章小结

第4章 基于质点弹簧模型的变形操作

4.1 虚拟变形原理

4.2 虚拟物体变形效果的实现

4.3 变形的影响因素分析

4.4 本章小结

第5章 基于三角面片模型的切割操作

5.1 虚拟切割的流程分析

5.2 虚拟切割的编程实现

5.3 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

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致谢