具有运动真实感与抓取稳定性的虚拟手仿真技术研究

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虚拟手技术是实现自然高效的人机交互的关键技术之一,而基于虚拟手的抓取交互技术在人机交互接口和虚拟现实、计算机动画等应用中发挥着重要的作用。本文希望虚拟手抓取交互技术能模拟真实的情况,给人一种“身临其境”的沉浸感,让用户体验到类似在现实世界中的感觉一样,同时本文还希望这种具有运动真实感的虚拟抓取运动建模是实时的,两者是矛盾的统一体,基于这样的希望,本文对具有运动真实感和抓取稳定性的虚拟手仿真技术进行了研究。本文的结构如下:在第一章绪论部分,简单介绍了虚拟现实技术的发展现状、基于虚拟手的交互在人机交互中的重要性,以及本文相关的虚拟手建模技术、骨骼蒙皮算法以及虚拟手抓取操作,分析了传统骨骼蒙皮算法的优缺点,在此基础上,引入了本文的研究工作以及研究目的。在第二章中,为了增强仿真效果的真实感以及用户的交互体验,在分析多种变形算法的基础上,本文提出了具有运动真实感的虚拟手实时变形算法,首次在虚拟手变形中引入基于双四元数的变形算法,并基于人手解剖结构,构建了相应的运动骨骼模型,实现人手抓取的运动仿真。在第三章中,在分析单手多手指稳定抓取的基础上,建模了虚拟手的抓取模型,为了仿真人手的稳定抓取效果,本文扩展了原有算法,提出了基于力觉计算的稳定抓取算法实现对物体的稳定抓取,动态地调整接触面及其硬度参数,并利用快速求和算法实现对物体的实时操控。第四章是本文工作的重点,为了获得具有运动真实感与抓取稳定性的虚拟手实时变形效果,本文把第二章获得的具有运动真实感的虚拟手跟第三章获得的具有抓取稳定性的虚拟手抓取模型,利用变形耦合算法融合在一起实现对物体的抓取。最后,我们总结了本文的研究工作,列出了尚存在的问题,并指出了将来的研究方向。
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