桌面虚拟现实系统中数据手套的应用研究

在人机交互中数据手套的引入,能够充分发挥手在交互过程中的自然性。介绍了数据手套在虚拟环境中进行交互的过程。在变电所培训系统中实现了基于5DT Data Glove 5的人机交互操作,并设计了数据手套校准函数和校准步骤,设计了在VRT场景中用手势进行漫游的程序,利用VRT SDK编制了获取数据手套传感器测量值的程序。上述方法对于其它虚拟系统引入数据手套的设计将具有一定的启发作用。     

虚拟现实环境下虚拟手控制技术研究

虚拟手控制是虚拟现实的关节模型和实体模型.通过数据手套获取手指姿态数据进而确定虚拟手指弯曲的角度,通过驱动关节实体在其局部坐标系中的旋转运动来实现虚拟手指的位姿控制.通过位置跟踪器获职操作者手掌的位姿数据,采用数据分解和矩阵变换的方法将其映射为虚拟手掌在虚拟现实环境中的位姿,实现了对虚拟手的准确控制.     

基于数据手套的逼真虚拟手的实现

在基于头盔、数据手套的虚拟现实系统中虚拟手的实现效果十分重要,传统的虚拟手模型将手掌和各手指分割为多个刚体,当虚拟手运动时在刚体连接处产生重叠或裂缝,严重影响了沉浸感。在此根据虚拟手的运动特点对其进行整体建模,并快捷地对数据手套采集的原始关节数据进行校正,在可编程图形硬件上利用顶点混合算法将校正后的数据作用于虚拟手模型来产生皮肤变形,在满足实时性的同时提供了逼真的视觉效果。最后还通过搭建实验系统验证了所述方法的可行性。     

虚拟操作训练系统中的人机交互技术研究

首先概要介绍了人机交互技术发展状况，接着针对某型武器系统虚拟训练系统给出了过程仿真模型，阐述了人机交互系统在过程仿真模型中的作用，在此基础上，重点介绍了依托位置跟踪器和数据手套等虚拟外设实现对虚拟实体进行直接操纵的过程和具体方法，最终实现了采用直接操纵交互技术的某型武器系统虚拟操作训练系统。     

虚拟装配中基于数据手套的虚拟操作研究

在虚拟装配中,采用数据手套对虚拟物体进行虚拟操作,是进行虚拟装配的重要手段。首先给出了数据手套的虚拟操作流程,探讨了虚拟操作中存在的三个关键技术问题碰撞检测问题、手的穿透限制问题、手的抓取和拖放问题。然后对这三种关键技术逐项进行了剖析,并在此基础上给出了具体的解决算法面向对象的基于包围盒的碰撞检测算法、基于面片的穿透限制算法和抓取与拖放算法。最后构建了虚拟装配试验系统对这几种解决方案进行了验证。这几种算法能够保证虚拟装配系统的实时性和真实性,较好地解决了虚拟操作中存在的问题。     

基于视觉的多用户手势识别人机交互技术研究

提出了一种基于视觉手势识别的多用户输入技术,利用双手手指在显示屏幕上进行点击和拖拉完成人机交互功能.该方法使用三个摄像机从不同角度实时拍摄显示屏幕表面的图像,运用图像处理技术分析识别手势在图像中的位置,根据三副图像中的手势位置和摄像机参数计算双手手势输入的实际位置.通过手势识别训练和冗余数据平均计算等方法提高了系统的识别率和鲁棒性.实验表明,该系统具有较强的可用性和适用性.     

基于虚拟现实技术的船艇航行训练仿真系统的研究

介绍了虚拟现实技术在船艇航行训练仿真系统中的应用,叙述了船艇运动方程的建模、海洋虚拟环境建模以及人机交互界面的构建,对三维鼠标与数据手套的应用、视点与虚拟手的控制、海底地形建模与碰撞检测技术等进行探讨,解决了船艇航行的运动仿真、环境仿真以及实物仿真等问题。     

集成人机交互仿真系统研制与应用

基于虚拟现实技术和人机工程学原理,综合应用多通道宽屏投影拼接、光学运动跟踪和数据手套手势跟踪、Vega和Creator等许多虚拟现实软、硬件技术,构造出一个可供人与计算机中的虚拟操控系统进行实时交互的虚拟仿真环境,可对人机交互绩效进行动态、客观的测量,继而评价操控面板系统的设计质量,亦可用于各类二维操控面板的操作培训。初步实验结果验证了系统的可行性。     

基于VR的航空发动机虚拟教学实验系统设计

通过航空发动机虚拟教学实验系统的建设,将VR(Virtual Reality)技术中的三维立体仿真建模、三维场景管理、基于数据手套与碰撞检测的人机交互式虚拟装配、基于立体眼睛与头盔的立体显示等技术进行了一次综合的实验探索,是将VR综合技术与实验课堂教学相结合的一个尝试.重点论述了系统开发中模型建造的几何建模和实例化、视点控制、虚拟手建模及数据手套交互、立体显示技术等.该系统通过对某航空发动机提供虚拟装配及拆卸、模化教学实验、模型流场的动态显示及发动机试车等实验系统,将学生的视、听积极性充分调动起来,使学生可获得身临其境的感受和体会.     

发动机虚拟装配教学实验系统关键技术研究

虚拟装配技术是虚拟现实技术在设计与制造领域的重要应用。在对虚拟装配的研究现状分析和总结的基础上,对发动机虚拟装配的关键技术和虚拟装配系统的实现方法进行了分析和研究,包括基于数据手套的虚拟手操作、实时碰撞检测、装配路径和装配顺序规划等问题。并首次提出了将虚拟装配与发动机教学实验相结合的虚拟发动机装配教学实验系统的构想。最后还展示了利用发动机三维可视化虚拟装配教学实验系统完成虚拟装配操作的实例,并分析了该虚拟装配教学实验系统与传统装配相比较的优势和特点。     

基于表面肌电控制的虚拟人机交互系统

实现了一种基于肌电信号手势识别的实时虚拟人机交互系统。系统采集受试者执行六类不同手势动作时的上肢肌肉表面肌电信号,对其进行模式识别,并将识别结果作为虚拟物体的控制信号,控制虚拟飞机执行三个自由度的飞行动作,从而实现人与虚拟环境的友好交互。对10位受试者进行的单用户和多用户控制测试实验表明,实现的虚拟人机交互系统可实现基于肌电信号的虚拟人机交互,且具有虚拟环境生动形象、控制准确率高等特点。     

在线修正虚拟仿真预测的遥操作机器人系统

带虚拟仿真预测系统的遥操作机器人在核电站等复杂环境中作业时,可能会出现虚拟仿真机器人与实际机器人的工作状态不同步,从而导致影响操作者判断,发出错误指令。研究了一种基于在线修正虚拟仿真预测算法的遥操作机器人系统。主端虚拟仿真预测系统建立了从端环境及机器人的虚拟模型,根据操作者命令对从端机器人的状态实时预测,同时根据从端现场检测到的机器人状态对虚拟机器人进行在线修正,以保证虚拟仿真预测系统与从端机器人工作状态同步。实验结果表明：主端虚拟预测平台能够实时预测出从端工作状态;当从端机器人未能按照指令运动时,主端虚拟场景也与从端的工作状态同步。     

复杂虚拟场景构造及交互漫游实现研究

针对数字化博物馆和数字化校园中虚拟漫游的需要，根据虚拟现实中复杂虚拟场景漫游的特点，探讨了复杂虚拟场景构建及进行多通道交互漫游的若干技术问题。结合数字化博物馆及校园虚拟漫游系统的实践，给出了虚拟场景的构造过程，并通过立体显示等多通道交互技术实现了复杂场景的虚拟漫游。     

ZSTU拟人灵巧手设计与仿真

仿生人手的构造和功能,设计了ZSTU拟人灵巧手并进行了运动学和动力学仿真。内置型ZSTU拟人灵巧手由伺服电机驱动,手指的结构和布置接近真实手,每个手指有4个自由度。先构建了ZSTU拟人灵巧手的虚拟样机,依据机器人运动学和动力学原理,进行了多种手势、抓持操作、单指工作空间的运动学仿真和手指动力学仿真。仿真结果表明：ZSTU拟人灵巧手结构合理,有较大工作空间,可实现多种灵巧操作。     

地震救援虚拟仿真系统中虚拟手的操作

对虚拟手操作进行了分类,用Creator软件建立了虚拟手几何模型。分析并总结了地震现场救援虚拟仿真系统中虚拟手对救援装备的三种操作方式,即对杆状物的掌抓取、对按钮的指尖推动和对开关(旋钮)的指侧面抓取。在Vega环境下,提出了适合每种基本操作的通用碰撞检测方式和通用的相交矢量放置模式,保证了虚拟手操作的逼真度和实时性,并实现了虚拟手对三种类型救援装备的抓取、移动和释放。虚拟手对三种装备的操作同样适用于其它装备。     

推演系统中面向角色的二维态势研究

介绍推演系统中二维态势TPD设计的一般方法,分析当前二维态势系统中存在的各种缺陷和不足,明确在二维态势设计中应充分考虑角色获得信息能力的差异和信息融合对信息准确性的影响,提出了真实态势和感知态势的概念,由此设计了面向角色的二维态势系统。实际应用表明,面向角色的二维态势使角色对虚拟态势的感知更接近实际情况,提高了系统的仿真可信度。     

基于投影的增强现实系统中的光照技术研究

基于投影的增强现实系统是增强现实技术中的一个新的研究领域。针对基于投影增强现实技术的魔幻展台系统中的光照问题,我们提出了一套解决魔幻展台中真实场景与虚拟场景光照影响一致性的方法,给出了相关算法的关键代码,采用投影仪补充投射阴影的方法来实现虚拟物体的阴影制作,解决了真实场景与虚拟场景之间相互遮挡的问题,增强了魔幻展台中虚拟物体的真实感及与真实场景的一致性,取得了良好的效果。     

一种新的虚拟维修手部动作生成方法

在维修仿真中,虚拟维修人员的手部操作起着重要的作用,对维修活动中手部动作的实时、连贯生成问题进行了研究。首先提出了一种包含详细解剖结构的虚拟手模型,其次在分析总结各类虚拟人运动控制算法的基础上,通过加入阻尼系数以克服传统IK算法难于或无法处理的奇异性、冲突性与多目标性问题,改进了阻尼IK方法,并利用Jacobi矩阵的正交投影来处理优先级多约束条件下的手部动作。最后以某型装备车辆的轮胎更换维修任务为例对提出的算法进行了验证和效果评估,表明了所提方法的有效性和健壮性。     

面向流场可视化的沉浸式虚拟现实交互系统研究

针对基于二维显示交互环境的流场可视化应用由于深度信息不足导致交互效率较低的问题,引入虚拟现实技术,提出具备多样化交互方式的沉浸式流场可视化系统。该系统基于凝视与手势交互技术,设计并实现了基于用户手势的导航方法与三维交互控件,基于用户凝视与手势的沉浸式交互面板,以及基于可视化场景的沉浸式交互管理方法与基于可视化算法树的可视化网络管理方法,对用户交互进行了系统化管理,能够在沉浸式环境提供对典型流场可视化操作的全流程支持。用户实验结果表明：该系统能够在典型流场可视化场景下为用户提供高效、自然的交互。