一種筆式三維人機(jī)交互系統(tǒng)的研究.pdf

1、人機(jī)(計(jì)算機(jī))交互(Human-Computer Interaction)系統(tǒng)包括人、計(jì)算機(jī)輸入、輸出設(shè)備及其相應(yīng)人機(jī)界面(Human-Computer Interface)。隨著個(gè)人計(jì)算機(jī)的普及，人機(jī)交互采用更加自然的交流方式，即實(shí)現(xiàn)擬人化，這是人機(jī)交互系統(tǒng)的最新發(fā)展方向。人的一個(gè)手指就能夠在三維空間的六個(gè)自由度上運(yùn)動(dòng)，但與之對應(yīng)的輸入設(shè)備——鼠標(biāo)和鍵盤，在本質(zhì)上分別只能采集一個(gè)和二個(gè)自由度的信息。顯然提高輸入設(shè)備的自由度是迫切需要的

2、。目前市場上的各類手寫板、游戲操縱桿只是進(jìn)行了局部的改進(jìn)，不能實(shí)時(shí)采集三維空間的六自由度信息。為此本文針對一種筆式三維人機(jī)交互系統(tǒng)進(jìn)行了研究。主要的工作有： 第一，分析交互系統(tǒng)所要實(shí)現(xiàn)的功能及性能指標(biāo)，并給出了模型。然后，建立了一種筆式三維交互設(shè)備的概念模型，即筆桿的空間位置姿態(tài)通過機(jī)械跟蹤轉(zhuǎn)換成六個(gè)編碼器轉(zhuǎn)角值。給出了根據(jù)轉(zhuǎn)角計(jì)算筆桿三維坐標(biāo)的數(shù)學(xué)模型，并用C語言實(shí)現(xiàn)算法加以驗(yàn)證。 第二，運(yùn)用計(jì)算機(jī)圖形學(xué)理論，結(jié)合Op

3、enGL圖形庫，實(shí)現(xiàn)了三維場景和一只鉛筆的幾何模型，并且利用紋理映射技術(shù)使場景更加豐富。為了增強(qiáng)虛擬環(huán)境的真實(shí)感，在場景中加入了光照、陰影以及融合效果。 第三，研究了三維動(dòng)畫生成技術(shù)，采用雙緩存機(jī)制實(shí)現(xiàn)動(dòng)畫的顯示，從而達(dá)到實(shí)時(shí)交互的目的。 最后用二自由度機(jī)械跟蹤器、DSP數(shù)據(jù)采集器、藍(lán)牙通信模塊、PC機(jī)以及研制的界面軟件，組建了研究試驗(yàn)環(huán)境，對所設(shè)計(jì)的三維人機(jī)交互系統(tǒng)進(jìn)行了綜合性的測試，并進(jìn)行了改進(jìn)。最終的結(jié)果表明：系統(tǒng)