CN112506339B 一种用于穿戴式触觉交互的虚拟手力觉合成方法及系统 （北京航空航天大学）

一种用于穿戴式触觉交互的虚拟手力觉合本发明涉及一种用于穿戴式触觉交互的虚相应碰撞区域与虚拟物体非穿透的虚拟手图形非穿透的虚拟手图形位姿的配置信息以及虚拟定虚拟手模型中相应碰撞区域与虚拟物体交互2根据手的生理结构构建虚拟手模型；所述虚拟手模型包括手掌根据所述虚拟物体以及所述虚拟手模型，采用碰撞检测算法，确定所根据每一个碰撞区域的碰撞对确定相应碰撞区域的位姿优化模型根据每一碰撞区域与所述虚拟物体非穿透的虚拟手图形位姿的配置信息以及虚拟手所述根据每一个碰撞区域的碰撞对确定相应碰撞区域的位姿优化根据所述手掌的位姿优化模型，利用有效集方法，确定当前时刻的所述若不存在，则将上一时刻的虚拟手图形位姿中所述手掌的配若存在，则根据所述手指的碰撞对从与手掌相连的指节开始，依若不存在，则将上一时刻的虚拟手图形位姿中所述手指的配采用递进求解的思路，先对手掌进行约束优化，在此基础上再分别3分别对虚拟手模型的各部位执行碰撞检测，分别得到各部位对应的碰撞区域的碰撞2.根据权利要求1所述的一种用于穿戴式触觉交互的虚拟手力觉合成方法，其特征在3.根据权利要求1所述的一种用于穿戴式触觉交互的虚拟手力觉合成方法，其特征在4.根据权利要求1所述的一种用于穿戴式触觉交互的虚拟手力觉合成方法，其特征在根据每一碰撞区域与所述虚拟物体非穿透的虚拟手图形位姿的配置信息以及虚拟手模型相应碰撞区域的物理位姿的配置信息确定相应碰撞区域的配置根据每一碰撞区域的配置信息差值以及刚度系数和扭簧系数确定相应碰撞区域的交虚拟手模型构建模块，用于根据手的生理结构构建虚拟手分别对虚拟手模型的各部位执行碰撞检测，分别得到各部位对应的碰撞区域的碰撞配置信息确定模块，用于根据每一个碰撞区域的碰撞对确定相交互力信息确定模块，用于根据每一碰撞区域与所4手掌的位姿优化模型确定单元，用于若存在，则根据所述手掌手掌对应的配置信息第一确定单元，用于根据所述手掌的位姿优化手掌对应的配置信息第二确定单元，用于若不存在，则将上手指的位姿优化模型确定单元，若存在，根据所述手指的碰撞手指对应的配置信息第一确定单元，用于根据所述手指的位姿优化手指对应的配置信息第二确定单元，用于若不存在，则将上6.根据权利要求5所述的一种用于穿戴式触觉交互的虚拟手力觉合成系统，其特征在手指构建单元，用于根据手的生理结构，采用圆柱铰链模7.根据权利要求5所述的一种用于穿戴式触觉交互的虚拟手力觉合成系统，其特征在物理位姿的配置信息获取模块，用于利用手部位姿测量装置8.根据权利要求5所述的一种用于穿戴式触觉交互的虚拟手力觉合成系统，其特征在5虚拟手图形位姿的配置信息以及虚拟手模型相应碰撞区域的物理位姿的配置信息确交互力信息确定单元，用于根据每一碰撞区域的配置信息6[0003]力触觉反馈装置与相应的力觉合成算法是推动触觉交互技术繁荣发展的两个重掌的相对位置和方向来保持抓握。Borst等学者使用线性和扭转弹簧阻尼器系统来耦合真7[0013]根据每一碰撞区域与所述虚拟物体非穿透的虚拟手图形位姿的配置信息以及虚[0017]可选的，所述根据每一个碰撞区域的碰撞对确定相应碰并根据所述位姿优化模型确定相应碰撞区域与所述虚拟物体非穿透的虚拟手图形位姿的依次确定当前时刻的所述手指与所述虚拟物体非穿透的虚拟手图[0026]可选的，所述根据每一个碰撞区域的碰撞对确定相应碰并根据所述位姿优化模型确定相应碰撞区域与所述虚拟物体非穿透的虚拟手图形位姿的[0027]利用手部位姿测量装置获取所述虚拟手模型相应碰撞区域的物理位姿的配置信8[0029]根据每一碰撞区域与所述虚拟物体非穿透的虚拟手图形位姿的配置信息以及虚拟手模型相应碰撞区域的物理位姿的配置信息确定相应碰撞区域[0030]根据每一碰撞区域的配置信息差值以及刚度系数和扭簧系数确定相应碰撞区域效集方法，确定当前时刻的所述手掌与所述虚拟物体非穿透的虚拟手图形位姿的配置信9图形位姿的配置信息以及虚拟手模型相应碰撞区域的物理位姿的配置信息确定相应碰撞[0057]图1为本发明所提供的一种用于穿戴式触觉交互的虚拟手力觉合成方法流程示意[0059]图3为本发明所提供的虚拟手模型中的手指与虚拟物体圆柱-球模型相交方式示[0062]图6为本发明所提供的一种用于穿戴式触觉交互的虚拟手力觉合成系统流程示意[0066]图1为本发明所提供的一种用于穿戴式触觉交互的虚拟手力觉合成方法流程示意[0081]若相交方式为完全相交，则判断球心到圆柱中轴线的距离|OC|与球半径R与圆柱所描述的球-球碰撞检测算法得到虚拟手手掌与虚拟物体接触的碰撞对，采用以上所描述的球-圆柱碰撞检测算法得到虚拟手模块中手指与虚拟物体接触的所述位姿优化模型确定相应碰撞区域与所述虚拟物体非穿透的虚拟手图形位姿的配置信[0092]作为一个具体的实施例，对虚拟手模型的每一个碰撞区域分别构建位姿优化模[0097]采用圆柱铰链模型模拟虚拟手模块中手指，对于虚拟手五个手指各个指节(圆柱依次确定当前时刻的所述手指与所述虚拟物体非穿透的虚拟手图[0113]所述虚拟手模型中的手掌与各手指的图形位姿优化方法如图5所示，在一些实施觉合成和五个手指的力觉合成分别放在六个线程中，每个线程涉及对虚拟手手掌/手指与[0116]利用手部位姿测量装置获取所述虚拟手模型相应碰撞区域的物理位姿的配置信[0120]根据每一碰撞区域与所述虚拟物体非穿透的虚拟手图形位姿的配置信息以及虚拟手模型相应碰撞区域的物理位姿的配置信息确定相应碰撞区域[0121]根据每一碰撞区域的配置信息差值以及刚度系数和扭簧系数确定相应碰撞区域[0122]本发明所提供的一种用于穿戴式触觉交互的虚拟手力觉合成方法采用分而治之[0123](1)上述一系列子问题的优化求解难度大大降低，有助于得到虚拟手图形工具的[0125](3)与将虚拟手看作一个整体来完成力觉合成相比，分而治之策略中子问题的求[0127]图6为本发明所提供的一种用于穿戴式触觉交互的虚拟手力觉合成系统流程示意[0128]虚拟手模型构建模块601用于根据手的生理结构构建虚拟手模型；所述虚拟手模[0130]碰撞对确定模块603用于根据所述虚拟物体以及所述虚拟手模型，采用碰撞检测[0131]配置信息确定模块604用于根据每一个碰撞区域的碰撞对确定相应碰撞区域的位[0132]交互力信息确定模块605用于根据每一碰撞区域与所述虚拟物体非穿透的虚拟手效集方法，确定当前时刻的所述手掌与所述虚拟物体非穿透的虚拟手图形位姿的配置信[0147]所述交互力信息确定模块605具体包括：配置信息差值确定单元以及交互力信息[0148]配置信息差值确定单元用于根据每一碰撞区域与所述虚拟物体非穿透的虚拟手图形位姿的