人机交互关于虚拟现实的报告

虚拟现实的力触觉交互技术发展现状与趋势

虚拟现实的力触觉交互技术发展现状与趋势王爱民，戴金桥(东南大学仪器科学与工程学院，江苏南京 2 0 9 ) 10 6

摘要：拟现实通过模拟人的视觉、觉、触觉等，人处于一种与真实世界非常逼真的虚拟世界中，感受、验和评价虚听力使来体

虚拟世界中的场景和设备。力触觉在虚拟现实环境中有其突出优越性，力触觉使得虚拟现实环境变得真实，是唯一的既可接受周围环境输入又可以对周围环境输出的感知通道，可极大增强可视化表达的效果。虚拟现实的力触觉交互技术包括力触觉再现技术和虚拟环境的力触觉建模。介绍了这两方面的发展现状、在的问题和今后的发展趋势。存 关键词：拟现实；虚力触觉再现；触觉建模；互力交中图分类号：P 4 T 3 19 T 2;P 9 .文献标识码： A文章编号：00—8 2 ( 07 1 00 0 10 8 9 2 0 )0~ 0 1— 3

Cur e v l p e tS t to& t t e Tr n f r ntDe eo m n iua i n he Fu ur e d oHa i nt r c i n i Vi t lRe l y ptc I e a to n r ua a i tW ANG— n Aimi,DAIJn q a i— io( e ate t fnt m n S i c n nier gSuhat nvrt, aj g2 09, h a D pr n o Is u et ce ea dE g e n, otes U i sy N ni 10 6 C i ) m r n n i ei n nAbsr c: o e c n b m mes d i ii it lwo l y smu ai gt e rvso h a nga d h pi n vru e i y tm, d t a t Pe pl a e i re n a vvd vrua rd b i l tn h i iin, e r a tci i a r a t s se a i n t l l y n t y C e s, e p re c n si t h c n n h e ie o h i u lwo l Th a tc s n ei e y i he a s n e x e n e a d e tmae te s e e a d t e d vc ft e vr a rd. e h p i e s sa v r mpo

a ti i u n i t t r n n vr a t l r aiy be a s tc n ma e t e vru e i o b e itc a ti h n y c a ne y whch t e if r to a mpo e nd e lt, c u e i a k h i a ra t t e r a si, nd i st e o l h n lb i h no ma in c n i t l l y l t r da e po e f rh rmo e t e ef c ft ii a n n e x r d,u e r, h fe to he vson c n be e ha c d.Th h ptc i e a to t c n q e o h i u e l y c mp s s o t t e a i ntr cin e h i u ft e v r a r ai o r e f t l t i t a tc￣e ba k a d a tc mo ei g i i u n io he h pi d c n h p i d ln n vr a e vr nme t Th u r n veo t l n . e c re tde lpme tst ai n t e p o l msa d t ef t r rnd n iu to, h r b e n h u u ete o h a tc￣e ba k tc i e a d t a tc mo ln tc n q r u maie n v d al、 ft e h p i d c e hnqu n he h p i deig e h i ue ae s m rz d idii u ly

Ke r s vru e i h p i fe b c; a t d l g i tr cin y wo d: i a r a￣; a t e d a k h p i mo ei;n e a t t l l c c n o

对人类获取信息能力的研究表明，力触觉是除视觉和听觉之外最重要的感觉，人类认识外界环境并与环境进行交互的是重要手段。实际工作中很多操作任务要求操作者必须有效感知接触状况才能进行精确控制。虚拟操作中，力触觉交互也显得格外重要，如在虚拟手术训练中，引入力触觉反馈，以使医生可训练时不仅能够看到而且还能感觉到手术器官，医生能够进入虚拟世界，通过手和手臂的运动，与虚拟模型和环境进行交互， 形成对虚拟模型的一个完整的认识，并感受到与虚拟对象交互

基于手控器的虚拟操作机器人系统能够模拟复杂环境中人的运动特性以及接触形变

和作用力。近几年来，远程医疗领在

域，于力触觉再现的虚拟操作有着非常广阔的应用前景。基19 99年德国的研究者研制了一个具有图像和力反馈的虚拟操

作系统用于骨髓穿刺手术实验 J 0 0年美国 R tes。20 ugr大学和斯坦福大学联合研制成功虚拟操作和遥操作的辅助康复系统， 通过力触觉和视觉的交互，医生能够远程帮助呆在家中的残疾病人进行手臂功能的恢复锻炼。20 0 1年德国 K drh商用 a sue虚拟内窥镜手术训练装置研制成功，操作者通过操作带有力触觉的机械手模拟控制手术刀进行虚拟内窥镜手术，同时在图形界面上逼真模拟手术过程中人体组织切割、形、血等现变流象。20 04年，国俄亥俄州立大学机械工程系的研究人员建美立了一个虚拟触诊系统，用于专家对学员的训练。MI T的研究者 G pa等人设计了一套基于 P at ut hn m装置的 C D系统。设 o A计者可以通过 P at抓取虚拟设计样品，时感受到抓取力， hn m o同

产生的触觉和力，同操作真实物体一样，疑可使训练更真如无实、确、靠 J准可。

虚拟现实的力触觉交互技术在许多领域都有重要的应用价值。早在 19 94年，美国 N S A A就开始针对空间作业任务的要求研制具有力觉反馈的虚拟预测环境。19 96年卡内基梅隆大学机器人研究所率先研制出一套典型的具有虚拟操作功能的视

力触觉虚拟现实交互系统，过力触觉再现装置，作者能通操够控制并同时感受到由 C D图像和图形合成的虚拟环境中物 C体运动和作用力。2 0 0 2年斯坦福大学机器人实验室建立的收稿日期：07— 7—1 20 0 7

仿真的虚拟抓取力信息汇同其他视觉、听觉数据一起反馈回设计系统，用于自动优化设计参数。正是鉴于虚拟力触觉再现的广泛的使用价值，国外许多著名高校和科研机构都在进行力触觉建模及接口装置的研究工作。在美国航空航天局 ( A A) NS 和国防部高级研究计划署 ( A P以及美国国家自然科学基 D R A)金的资助下，国斯坦福大学、美哈佛大学、北大学、盛顿大西华

基金项目：国家重点基础研究发展计划 ( 7计划 )资助项目 93 ( 02

B 1 12; 20 C 3 20 )国家自然科学基金资助项目( 07 0 7 66 3 0、 66 5 4、0 4 0 76 45 3 0 70 ) 4

作者简介：王爱民( 9 8 )男， 16一， …… 此处隐藏：11164字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……