虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中人機交互技術研究.pdf

1、虛擬現(xiàn)實人機交互是人機交互技術的最前沿的應用之一，與傳統(tǒng)的桌面級人機交互不同，在虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)中，操作者可以通過頭戴顯示器、人體姿態(tài)傳感器等虛擬現(xiàn)實裝備接入虛擬場景，在虛擬場景中對物體進行直接操作，并獲得實時操作反饋信息，是一種具備多感知性、高真實性的沉浸式人機交互技術。
　　本文研究一種基于視覺反饋和動作捕捉的典型非接觸式交互系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)普遍存在虛擬場景中人體與設備產(chǎn)生干涉這一問題后，對該問題進行了分析，針對這一問題，從底層碰

2、撞檢測算法直到上層人體姿態(tài)調(diào)整算法提出了優(yōu)化、解決方案。
　　論文首先總結、分析了現(xiàn)有的實時碰撞檢測算法，針對各類算法的優(yōu)劣選擇基于二叉樹結構的軸對齊包圍盒樹作為算法研究基礎，并介紹了包圍盒樹構造、更新、遍歷及基本幾何元素相交測試的基本方案。
　　針對虛擬環(huán)境下人機交互的特點及后續(xù)穿透現(xiàn)象的優(yōu)化處理，本文深入地分析了碰撞檢測算法的存儲性能與計算性能;通過分析和對比間接交互與直接交互，提煉出直接交互過程中的關鍵影響因素，結合前

3、人的經(jīng)驗，從包圍盒樹的整體結構、節(jié)點結構及基本幾何元素間的相交測試三個方面展開對算法優(yōu)化的研究。
　　最后，本文針對人機交互過程中普遍存在且難以解決的虛擬場景中人與設備之間發(fā)生穿透的問題，基于人體運動學，結合優(yōu)化后的碰撞檢測算法，以單只手臂為例，提出了基于多層次迭代求解的逐層分解法與基于權值全局求解的權值分配法兩種關節(jié)調(diào)整方案，對穿透現(xiàn)象進行優(yōu)化處理，并搭建虛擬場景進行實驗測試。實驗結果表明，此二種方法可以在大部分情況時解決穿透現(xiàn)