基于动力学模拟的虚拟手交互系统的研究与开发

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。 Minich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。

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论文说明：图表目录

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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

2.25DT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

3.2SOL ID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