基于力反饋器的質(zhì)點壓力物理建模及其仿真.pdf

1、長期以來，人們對虛擬現(xiàn)實技術(shù)的研究和應(yīng)用主要集中在視覺和聽覺模擬上。近年來，隨著計算機(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)實技術(shù)中的力覺交互技術(shù)逐漸成為新的國內(nèi)外研究熱點，得到了前所未有的重視。許多發(fā)達(dá)國家在這方面開展了大量研究，目前國外已出現(xiàn)商品化的力覺交互設(shè)備。相比之下，目前國內(nèi)對虛擬現(xiàn)實技術(shù)的研究與應(yīng)用都尚處于起步階段，尤其是在力覺交互技術(shù)方面與國外有著相當(dāng)大的差距。 本文首先介紹了虛擬現(xiàn)實技術(shù)中力覺交互技術(shù)的概念以及

2、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，探討了目前在領(lǐng)域內(nèi)實現(xiàn)人機(jī)力覺交互的方法和原理。提出了本文的主要研究內(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火，發(fā)射以及復(fù)位，該系統(tǒng)的關(guān)鍵問題是改進(jìn)點到面的碰撞檢測速度問題和解決力反饋數(shù)學(xué)建模問題。 為了保持視景畫面的逼真性和實時性，需要基于本系統(tǒng)對碰撞檢測算法進(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AABB算法進(jìn)行了改進(jìn)，測試結(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，首先運用沖量定理和彈性恢復(fù)系數(shù)，求得質(zhì)點剛體在二維空間碰撞后的運動狀態(tài)，然后結(jié)合庫侖定理，生成質(zhì)點剛體有摩擦的碰撞力，并拓展到三維空間的虛擬環(huán)境中，計算非質(zhì)點的虛擬剛體碰撞的力矩，再通過虛擬手靜力抓持力覺生成模型，將碰撞力和碰撞力矩作用到虛擬質(zhì)點上，求得質(zhì)點受到的沖擊力。再加上場力、阻尼力和慣性力，通過力反饋器將沖擊傳給用戶實現(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)建模的問題，并通過與Popes