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，人們使用各種機電設(shè)備來感知計算機產(chǎn)生的虛擬物體，這些機電設(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，使用戶能夠更真實地感知虛擬物體，還需要進一步研究開發(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)在三個方面：第一，力覺繪制算法對效率要求相當(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)備交互的特點定制，因為力覺繪制與力覺設(shè)備密切相關(guān)；第三，力覺繪制算法往往對目標(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點或三維網(wǎng)格。共點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。算法還對目標(biāo)物體進行均勻空間剖分，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)備交互的特點又有足夠高的效率，能夠提供穩(wěn)定且真實的反饋力。 高度復(fù)雜模型的實時力覺繪制是力覺繪制領(lǐng)域的難題和熱點。對模型復(fù)雜度敏感的算法都不能很好地實時繪制高度復(fù)雜模型。為了克服這個問

4、題，我們提出一種新的基于力覺包圍盒的實時力覺繪制算法。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，碰撞檢測算法只需要執(zhí)行一次有向線段與包圍盒求交運算和五次雙線性插值運算就可以求出碰撞信息。檢測過程避免了大量不必要的求交運算，從而變得相當(dāng)快速。碰撞檢測過程得到碰撞信息可直接用于反饋力計算。繪制過程中，算法與原來的高度復(fù)雜模型不直接相關(guān)，從而不對原始模型的復(fù)雜度