基于VTree平台的数据手套交互模块的研究

摘要

随着虚拟现实技术的发展，对虚拟现实系统原型交互能力的要求也越来越高。为给集装箱操作人员提供一个更加真实的培训环境，提高操作人员的培训质量，作者试图在已由大连海事大学航海动态仿真与控制实验室开发的集装箱装卸仿真系统原型中加入数据手套这一重要的人机交互手段。为此以基于数据手套的虚拟手为研究对象，研究和探讨了数据手套交互技术的基础理论和实现方式。 作者在论文中主要作了如下内容的研究： 1.介绍了集装箱装卸仿真系统的构成及功能，重点探讨了数据手套的原理及功能，并根据主要数据手套产品的特点结合本系统，选用5DT Data Glove 14 Ultra数据手套为本文的详细研究对象。 2.探讨了从人手到虚拟手的运动映射。这一部分首先对人手的解剖结构和运动学特点进行了研究，在此基础上利用Mutigen Creator进行虚拟手建模，并研究了从数据手套获得虚拟手各关节运动信息的方法。 3.研究了在VTree平台下设计数据手套交互模块的方法。这一部分首先对VTree视景开发工具进行介绍，并对数据手套的交互过程进行分析，主要研究了利用数据手套进行虚拟手驱动以及虚拟手交互的方法。 本文在Windows系统及Visual C++编程环境下，以VTree作为视景开发工具，以5DT Data Glove 14 Ultra数据手套为交互工具，开发了一个数据手套交互模块，实现了从人手到虚拟手的运动映射。集装箱装卸仿真系统原型中一直采用实物交互接口的方式提供交互手段，本文所作的研究试图将数据手套应用在集装箱装卸仿真系统中，为其提供另一种交互手段，以便作出比较，积累经验，为将来更深入的研究打下基础。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1研究课题的背景、来源及意义

1.2虚拟现实及其应用进展

1.2.1虚拟现实的特征

1.2.2虚拟现实系统的构成

1.2.3虚拟现实技术的应用及研究现状

1.3虚拟现实中数据手套技术的应用及研究

1.3.1数据手套的应用

1.3.2数据手套国内外的研究现状

1.4本论文所作工作与论文结构

第2章集装箱装卸仿真系统构成及功能

2.1集装箱装卸仿真系统的构成

2.1.1教练员站

2.1.2学员站

2.2集装箱装卸仿真系统的功能

2.3 CAVE系统的组成

2.4数据手套

2.4.1数据手套的原理

2.4.2国内外数据手套的主要产品

2.4.3数据手套的选用

2.5位置跟踪设备

2.6本章小结

第3章从人手到虚拟手的运动映射

3.1人手解剖结构和运动分析

3.1.1人手的解剖结构

3.1.2人手的运动学特点

3.2虚拟手的模型构建

3.2.1 MultiGen Creator简介

3.2.2虚拟手层次数据结构的建立

3.2.3手模型中的纹理映射技术

3.2.4 DOF技术

3.3人手运动数据的获取

3.3.1人手各指段的运动规律

3.3.2虚拟手各关节运动数据的获取

3.4本章小结

第4章VTree平台下设计数据手套交互模块

4.1数据手套交互框架的组成

4.1.1操作者

4.1.2交互通道

4.1.3虚拟操作环境

4.2 VTree开发工具介绍

4.2.1场景图

4.2.2节点

4.3基于MFC框架的VTree平台的配置

4.3.1在工程中添加VTree库文件

4.3.2对工程中相关选项进行设置

4.3.3编写代码

4.4数据手套交互平台的软硬件配置

4.4.1硬件配置

4.4.2软件配置

4.5数据手套交互模块的设计

4.5.1交互过程分析

4.5.2数据手套的添加

4.5.3驱动虚拟手

4.5.4虚拟手交互

4.6本章小结

第5章总结与展望

5.1本文总结

5.2研究展望

参考文献

攻读学位期间公开发表的论文

致谢

研究生履历