靈巧虛擬手自然交互研究.pdf

1、虛擬手在虛擬裝配、醫(yī)療仿真以及游戲動畫等方面都有很強(qiáng)的應(yīng)用背景，尤其是靈巧虛擬手，在虛擬環(huán)境中代替人手進(jìn)行手勢、操縱物體等任務(wù)。這要求虛擬手首先具有交互的實(shí)時(shí)性和有效性，其次隨著用戶對交互要求的提高，虛擬手交互的真實(shí)感也成為用戶迫切的需求。然而，由于人手運(yùn)動的靈活性和復(fù)雜性，當(dāng)前虛擬手的交互技術(shù)并不能滿足用戶對于交互體驗(yàn)的要求，或在外觀上極度缺乏真實(shí)感，或只有真實(shí)感卻無法進(jìn)行人機(jī)交互。
　　以探索兼顧虛擬手的外觀真實(shí)感和交互實(shí)時(shí)性

2、的交互方式為目標(biāo)，本文展開了研究。虛擬手交互涉及到用戶的手眼與虛擬環(huán)境的交互作用，其中手作為輸入方向虛擬環(huán)境傳入信息，在虛擬環(huán)境處理后，通常以圖形顯示方式反饋給用戶觀看，其中的手眼是否協(xié)調(diào)一致是影響交互質(zhì)量的一大因素。可以用交互過程的流暢性、逼真性、有效性來衡量交互過程的優(yōu)劣。然而，繪制效果的真實(shí)性和計(jì)算的實(shí)時(shí)性是先天的矛盾，再加上硬件設(shè)備的局限性，使得虛擬手的模擬成為一項(xiàng)復(fù)雜的工作。
　　分析了靈巧虛擬手的交互需求和計(jì)算效率，本

3、文提出了靈巧虛擬手的自然交互框架，并實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)驅(qū)動的交互模式。該框架將雙四元數(shù)引入虛擬手的交互建模中，利用其保持幾何形狀、運(yùn)算效率高的特性，驅(qū)動虛擬手的幾何形變;采用細(xì)分曲面方法建立逼真的虛擬手外觀幾何，并基于人手解剖結(jié)構(gòu)簡化建立適用于實(shí)時(shí)交互的虛擬手運(yùn)動結(jié)構(gòu);同時(shí)，為交互任務(wù)設(shè)計(jì)了碰撞檢測模型，基于蒙皮特性實(shí)現(xiàn)自動提取。在交互框架的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了正向的虛擬手交互，針對手勢交互和操作性交互任務(wù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)中，所建立的虛擬手交互模型能夠

4、實(shí)時(shí)地完成虛擬手交互任務(wù)，并在交互過程中取得外觀、運(yùn)動真實(shí)感和計(jì)算實(shí)時(shí)性之間的良好平衡，兼具外觀、運(yùn)動真實(shí)感和運(yùn)行實(shí)時(shí)性。
　　針對虛擬手的操縱性任務(wù)，考慮到數(shù)據(jù)手套的價(jià)格以及穿戴式硬件帶來的運(yùn)動限制，本文提出了更高效、具有更高成本效益的交互方式。引入心理學(xué)關(guān)于人手抓取軌跡線的研究成果，為虛擬手生成指尖的軌跡線，自動抓取算法取代捕獲手指關(guān)節(jié)角度的數(shù)據(jù)手套，并輔以抓取判斷準(zhǔn)則，為虛擬手實(shí)現(xiàn)自動的穩(wěn)定抓取效果。
　　為評估使用數(shù)