力覺繪制算法的一些研究.pdf

1、和視覺、聽覺一樣，力覺也是人類感知外界的重要模態(tài)之一。在真實(shí)世界中，人類通過力覺系統(tǒng)感知物體的形狀、溫度、硬度等。在虛擬世界里，人們使用各種機(jī)電設(shè)備來感知計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的虛擬物體，這些機(jī)電設(shè)備被稱為力覺設(shè)備。人們使用力覺設(shè)備感知虛擬物體的過程被稱為力覺繪制。 在過去的幾十年中，人們已經(jīng)研究開發(fā)了大量有效的力覺繪制算法。然而，要取得更穩(wěn)定、更準(zhǔn)確的反饋力，使用戶能夠更真實(shí)地感知虛擬物體，還需要進(jìn)一步研究開發(fā)更有效的力覺繪制算法。力覺繪

2、制算法的研究開發(fā)充滿著挑戰(zhàn)，這種挑戰(zhàn)體現(xiàn)在三個(gè)方面：第一，力覺繪制算法對(duì)效率要求相當(dāng)高，通常需要達(dá)到1Khz以上；第二，力覺繪制算法需要基于力覺設(shè)備交互的特點(diǎn)定制，因?yàn)榱τX繪制與力覺設(shè)備密切相關(guān)；第三，力覺繪制算法往往對(duì)目標(biāo)模型的復(fù)雜度比較敏感，其性能依賴于目標(biāo)模型的復(fù)雜度。 有一類交互是面接觸交互。有很多力覺設(shè)備提供了面接觸交互接口，如CyberGrasp。針對(duì)面接觸交互的力覺設(shè)備，我們提出了一種新的基于面接觸的力覺繪制算法。

3、它采用共點(diǎn)的線段簇作為力覺代理，而不像已有的力覺繪制算法將力覺代理表示成一個(gè)點(diǎn)或三維網(wǎng)格。共點(diǎn)線段簇通過采樣接觸面構(gòu)造，較好體現(xiàn)了面接觸交互的特點(diǎn)。算法還對(duì)目標(biāo)物體進(jìn)行均勻空間剖分，以加快力覺繪制的過程，滿足力覺繪制算法效率的需求。算法既符合力覺設(shè)備交互的特點(diǎn)又有足夠高的效率，能夠提供穩(wěn)定且真實(shí)的反饋力。 高度復(fù)雜模型的實(shí)時(shí)力覺繪制是力覺繪制領(lǐng)域的難題和熱點(diǎn)。對(duì)模型復(fù)雜度敏感的算法都不能很好地實(shí)時(shí)繪制高度復(fù)雜模型。為了克服這個(gè)問

4、題，我們提出一種新的基于力覺包圍盒的實(shí)時(shí)力覺繪制算法。力覺包圍盒是目標(biāo)物體的一種表示，專用于力覺繪制。它記錄著離散采樣的光線與目標(biāo)物體的相交信息。為目標(biāo)物體構(gòu)造好力覺包圍盒之后，碰撞檢測(cè)算法只需要執(zhí)行一次有向線段與包圍盒求交運(yùn)算和五次雙線性插值運(yùn)算就可以求出碰撞信息。檢測(cè)過程避免了大量不必要的求交運(yùn)算，從而變得相當(dāng)快速。碰撞檢測(cè)過程得到碰撞信息可直接用于反饋力計(jì)算。繪制過程中，算法與原來的高度復(fù)雜模型不直接相關(guān)，從而不對(duì)原始模型的復(fù)雜度