人机交互式动感过山车系统的研究与设计

摘要

人机交互技术于近年来得到了越来越多的重视，当前人机交互技术的发展正处于多通道、多媒体的智能交互阶段。很多的技术成果已经造福了人类，改变了人类的日常生活。人机交互技术中涉及的虚拟现实技术是利用计算机模拟生成一个三维空间的虚拟环境，并提供多感官的模拟使体验者可以利用传感检测装置同虚拟环境进行和谐的交互，同时能够产生身临其境的体验。
　　本文首先简要论述了人机交互技术，然后比较详细地介绍了动感过山车系统的设计方案及模块功能。进而分析研究了虚拟现实建模技术，同时分析了过山车轨道模型的拼接规则、空间的位姿坐标以及场景的运动学性能等。除此之外，本论文着重分析了在虚拟的过山车场景下，可能出现的碰撞检测问题，在对多种碰撞检测算法进行分析后，提出了适合本动感过山车系统的基于包围球和OBB包围盒的混合层次包围体树模型。改进后的碰撞模型在保证检测精度的基础上能够有效避免多余的求交计算。本文还分析研究了各种评估模型和算法，并利用层次分析法对科普问答子系统进行了评估，通过评估对决策进行了改进，并给出了该决策设计下的仿真图。最后利用面向对象的技术和思想介绍了系统的集成、框架流程、程序结构等，简要分析了运动平台结构后，展示了系统的运行界面、下位机结构以及展示现场图等。
　　通过对本系统设计的不断改进和实验，该动感过山车系统能够较稳定地运行，并能够较好地让体验者在进行互动体验时感受更多的人机交互技术带来的真实感和沉浸感。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 本课题研究的背景及意义

1．2 人机交互技术概述

1．2．1 人机交互技术的发展概况

1．2．2 人机交互技术的定义及研究现状

1．3 人机交互技术在科普展品中的发展和应用

1．3．1 展示设计中人机交互技术的原则

1．3．2 人机交互技术类科普展品的应用实例

1．4 本文研究的主要内容及论文结构安排

第2章 人机交互式动感过山车系统软件设计

2．1 动感过山车系统概述

2．2 动感过山车系统轨道拼接子系统设计

2．2．1 轨道拼接模块结构与功能概述

2．2．2 轨道拼接子系统流程设计

2．2．3 软件子模块流程设计

2．3 动感过山车系统科普问答子系统设计

2．3．1 科普问答子系统结构与功能概述

2．3．2 科普问答子系统流程设计

2．4 本章小结

第3章 动感过山车系统若干关键问题分析

3．1 系统虚拟场景模型的分析与设计

3．1．1 虚拟现实建模技术

3．1．2 虚拟场景模型设计

3．2 过山车系统位姿及运动学性能分析

3．2．1 模型空间的位姿坐标分析

3．2．2 过山车系统运动学与动力学分析

3．3 碰撞检测算法在过山车系统中的应用

3．3．1 碰撞检测算法的分类

3．3．2 基于层次包围体树的碰撞检测算法

3．3．3 动感过山车中的碰撞检测算法

3．4 本章小结

第4章 动感过山车系统评估模型与算法

4．1 评估模型与算法的概述

4．1．1 典型的评估模型与算法

4．1．2 模糊综合评价模型

4．1．3 数据包络分析模型

4．1．4 灰色关联评估

4．2 动感过山车的评估模型算法

4．2．1 层次分析法分析评估模型概述

4．2．2 层次分析法在过山车系统中的设计及应用

4．3 本章小结

第5章 动感过山车系统集成及实现

5．1 动感过山车系统整体框架和仿真过程

5．1．1 系统集成结构

5．1．2 系统运行流程

5．1．3 动感过山车系统程序结构

5．2 系统运行实例

5．3 本章小结

第6章 结论与展望

6．1 论文总结

6．2 下一步工作展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间的主要成果