基于力反饋器的質(zhì)點(diǎn)壓力物理建模及其仿真.pdf

1、長(zhǎng)期以來(lái)，人們對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的研究和應(yīng)用主要集中在視覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)模擬上。近年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)和機(jī)器人技術(shù)的不斷發(fā)展與進(jìn)步，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)中的力覺(jué)交互技術(shù)逐漸成為新的國(guó)內(nèi)外研究熱點(diǎn)，得到了前所未有的重視。許多發(fā)達(dá)國(guó)家在這方面開(kāi)展了大量研究，目前國(guó)外已出現(xiàn)商品化的力覺(jué)交互設(shè)備。相比之下，目前國(guó)內(nèi)對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的研究與應(yīng)用都尚處于起步階段，尤其是在力覺(jué)交互技術(shù)方面與國(guó)外有著相當(dāng)大的差距。 本文首先介紹了虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)中力覺(jué)交互技術(shù)的概念以及

2、國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，探討了目前在領(lǐng)域內(nèi)實(shí)現(xiàn)人機(jī)力覺(jué)交互的方法和原理。提出了本文的主要研究?jī)?nèi)容：建立一套具有力反饋交互的虛擬操作面板，利用該面板可以操縱航天器的點(diǎn)火，發(fā)射以及復(fù)位，該系統(tǒng)的關(guān)鍵問(wèn)題是改進(jìn)點(diǎn)到面的碰撞檢測(cè)速度問(wèn)題和解決力反饋數(shù)學(xué)建模問(wèn)題。 為了保持視景畫(huà)面的逼真性和實(shí)時(shí)性，需要基于本系統(tǒng)對(duì)碰撞檢測(cè)算法進(jìn)行優(yōu)化與改進(jìn)。本文在分析AABB算法和OBB算法的基礎(chǔ)上，對(duì)AABB算法進(jìn)行了改進(jìn)，測(cè)試結(jié)果證明改進(jìn)的算法的速度得到了提

3、高。 在力反饋物理建模方面，首先運(yùn)用沖量定理和彈性恢復(fù)系數(shù)，求得質(zhì)點(diǎn)剛體在二維空間碰撞后的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，然后結(jié)合庫(kù)侖定理，生成質(zhì)點(diǎn)剛體有摩擦的碰撞力，并拓展到三維空間的虛擬環(huán)境中，計(jì)算非質(zhì)點(diǎn)的虛擬剛體碰撞的力矩，再通過(guò)虛擬手靜力抓持力覺(jué)生成模型，將碰撞力和碰撞力矩作用到虛擬質(zhì)點(diǎn)上，求得質(zhì)點(diǎn)受到的沖擊力。再加上場(chǎng)力、阻尼力和慣性力，通過(guò)力反饋器將沖擊傳給用戶實(shí)現(xiàn)力反饋。使用該方法成功解決了本系統(tǒng)力反饋數(shù)學(xué)建模的問(wèn)題，并通過(guò)與Popes