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基于灵巧手的虚拟抓取技术研究

作　者: 陈飞飞
导　师: 彭群生；万华根
学　校: 浙江大学
专　业: 计算机应用技术
关键词: 虚拟现实人机交互虚拟抓取碰撞检测力反馈
分类号: TP391.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 37次
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内容摘要

随着虚拟现实的发展,自然和谐的人机交互日益成为一个重要的研究领域。在基于虚拟现实的训练、教育、娱乐、建筑设计等领域,人机交互有着非常重要的作用。但是,由于计算机生成的虚拟环境无法精确地模拟真实物理世界中的许多规则和约束,因此实现自然、和谐的人机交互非常困难。虚拟手交互技术是人机交互研究领域的研究热点。虚拟抓取是用户与虚拟环境中的物体进行交互的一种自然直观的方式。本文围绕如何在虚拟抓取过程中增强用户体验和减少用户负担展开研究。本文通过对人手解剖结构以及运动学特征的分析,首先提出了一个包含皮肤层、运动层、碰撞检测层、力觉层的4层灵巧虚拟手模型。该模型在保证交互实时性的前提下,提高了虚拟交互的真实感。其次,在对现实世界中的物体进行形状抽象的基础上,提出了基于几何条件的抓取准则,既提高了抓取判别的速度,又减少了误抓现象的发生。此外,在抓取过程中利用虚拟抓取有限状态机进行控制,避免了虚拟手手指嵌入物体。最后,通过对人手抓取轨迹规律的分析,提出了一种自动抓取方法,可以有效地减少用户交互的负担。实验结果表明了本文算法的有效性。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-6
目录  6-8
图目录  8-9
表目录  9-10
第1章绪论  10-17
  1.1 虚拟现实技术简介  10-11
  1.2 虚拟环境中的三维交互  11-13
  1.3 虚拟手交互技术  13-15
  1.4 本文研究目标及内容  15-17
第2章灵巧虚拟手模型  17-26
  2.1 人手的结构特征  17-18
  2.2 灵巧虚拟手的四层结构  18-25
    2.2.1 皮肤层  19
    2.2.2 运动层  19-22
    2.2.3 碰撞检测层  22
    2.2.4 力觉层  22-25
  2.3 小结  25-26
第3章数据手套驱动的灵巧手抓取方法  26-41
  3.1 虚拟抓取有限状态机  26-29
  3.2 基于几何条件的抓取准则  29-35
    3.2.1 长方体的抓取准则  30-31
    3.2.2 球体的抓取准则  31-33
    3.2.3 圆柱体的抓取准则  33-35
  3.3 基于力平衡的抓取准则  35-36
  3.4 数据接口  36-40
  3.5 小结  40-41
第4章基于指尖运动轨迹的自动抓取方法  41-48
  4.1 人手抓取特性分析  41-42
  4.2 抓取轨迹线的构造  42-45
  4.3 自动抓取方法  45-47
  4.4 小结  47-48
第5章系统实现  48-53
  5.1 虚拟手模型的实现  48-49
  5.2 虚拟物体类的实现  49-50
  5.3 虚拟抓取有限状态机的实现  50-51
  5.4 实验结果  51-53
第6章总结与展望  53-54
参考文献  54-59
作者在学期间发表的论文  59-60
致谢  60

基于灵巧手的虚拟抓取技术研究

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