虛擬織物的觸覺感知研究.pdf

1、織物形變和紋理信息的感知，目前仍然停留在視覺感知層面，隨著虛擬技術(shù)的發(fā)展，人們渴望獲得織物的更多感知信息。本文創(chuàng)新地開展相關(guān)研究，提出了基于質(zhì)子彈簧模型改進的織物形變模型，并進一步結(jié)合織物表面紋理圖像信息，提出了紋理織物的力觸覺感知算法，讓紋理圖像力觸覺感知不再局限于剛性體表面，實現(xiàn)了紋理圖像力觸覺在柔性體表面的感知。此外，大多數(shù)虛擬織物觸覺感知算法采用單觸點交互，不能模擬現(xiàn)實生活中兩個手指感知織物的行為，針對性地完成了虛擬織物雙觸點的

2、交互系統(tǒng)，成功地對附有紋理的虛擬織物進行雙手指指尖式交互和感知，除了在視覺上的織物形變過程，還可借助觸覺交互設(shè)備感受虛擬織物的彈性和摩擦力、紋理凹凸感等手感，交互沉浸感變強，效果更好。
　　首先對織物紋理視觸覺感知研究的意義和目的進行了介紹，對國內(nèi)外織物形變、紋理圖像力渲染及虛擬織物交互方式的研究現(xiàn)狀進行了匯總和分析，進而確定了研究目標(biāo)和內(nèi)容。根據(jù)織物的伸縮性、彎曲性和剪切性等物理特性，針對經(jīng)典彈簧質(zhì)點模型存在的超彈性形變以及各向

3、異性問題，對經(jīng)典彈簧質(zhì)點模型進行了改進，考慮了織物的伸縮性、剪切性、彎曲性以及表面粗糙度,有效解決了織物仿真中各向異性及超彈性的問題，提高了織物形變真實感?；谀Ｐ?，對質(zhì)子進行力學(xué)分析，建立運動學(xué)方程，求解質(zhì)子位置。為了滿足形變的實時性要求，在質(zhì)子位置求解上，選擇使用兼顧了速度和精度的速度韋爾萊數(shù)值計算方法。
　　紋理是織物的重要屬性，給予人們特有的具有辨識度的視觸覺感覺。本文基于織物表面紋理圖像，使用SFS算法得到了紋理圖像像素

4、點的三維信息，通過基于顏色和空間的圖像劃分算法得到紋理圖像的不同區(qū)域。在紋理圖像的三維重構(gòu)和區(qū)域劃分的基礎(chǔ)上，提出了基于織物形變的三維紋理映射算法，不僅還原了織物表面的三維紋理，賦予了織物表面的三維凹凸感和基于區(qū)域劃分的不同手感，還實現(xiàn)了三維紋理隨織物一同形變。提高了虛擬織物觸覺感知的真實性和視觸覺上的一致性。
　　本文提出了雙觸點的交互算法，突破了單觸點交互的局限，讓虛擬織物的交互更加貼近實際。針對兩個HIP（觸覺交互點）與虛擬

5、織物的交互特點，采用了AABB軸向包圍盒樹碰撞檢測方法，該算法在碰撞檢測效率及交互實時性上表現(xiàn)出色。針對雙觸點交互下存在的多種接觸狀態(tài)，針對各種狀態(tài)提出了相應(yīng)的力觸覺反饋模型，讓操作者體驗到更加真實的紋理織物觸摸感受。
　　針對上述模型和算法，開發(fā)了一個雙觸點的虛擬紋理織物視觸覺交互系統(tǒng)，并進行仿真實驗，對雙指尖觸碰織物的行為進行仿真，觀察交互過程中的織物形變，感受紋理織物的彈性、紋理凹凸感和各區(qū)域摩擦性。實驗結(jié)果證明了本文可以實