一种虚拟现实系统中虚拟手抓取算法技术方案

本发明专利技术公开了一种虚拟现实系统中虚拟手抓取算法，涉及虚拟现实技术领域，具体步骤如下：步骤1、采集虚拟手抓取操作中五个手指指尖的数据；步骤2、判断物体的尺寸大小是否在虚拟手的抓取范围内；步骤3、通过手指指尖抓取的轨迹线辅以三条抓取规则，判断抓取条件是否成立；步骤4、在成功抓取物体后，将虚拟物体模型的坐标固化到虚拟手的坐标上；步骤5、释放物体。本发明专利技术不仅能够正确稳定地抓取物体，而且抓取姿势非常真实和自然，满足虚拟现实沉浸性和实时性的要求。

A virtual hand grasping algorithm in virtual reality system

The invention discloses a virtual hand grasping algorithm in a virtual reality system, which relates to the field of virtual reality technology. The specific steps are as follows: step 1, collecting the data of five fingertips in the virtual hand grasping operation; step 2, judging whether the size of the object is within the grasping range of the virtual hand; step 3, passing the fingertip of the finger The grabbing trajectory line is supplemented by three grabbing rules to determine whether the grabbing conditions are tenable; Step 4, after successfully grabbing the object, the coordinates of the virtual object model are solidified to the coordinates of the virtual hand; Step 5, release the object. The invention can not only grasp the object correctly and stably, but also grasp the object in a very real and natural manner, which meets the requirements of immersion and real-time of virtual reality.

【技术实现步骤摘要】
一种虚拟现实系统中虚拟手抓取算法
本专利技术涉及虚拟现实
，尤其是一种虚拟现实系统中虚拟手抓取算法。
技术介绍
计算机技术的发展，使得虚拟现实技术也得到了广泛的发展，其中基于虚拟手的人机交互技术是虚拟现实领域中一个非常关键的技术。最初的解决虚拟手交互的方法是利用数据手套，通过记录关节的角度和手的姿态来完成对真实手数据的捕捉，但是该设备会把对象手限制在一个狭小的工作区域内，并且戴着手套进行交互非常的不方便。此外，数据手套成本昂贵，这使得数据手套在很大程度上很难发展和推广。在虚拟手交互中如何让虚拟手进行精准、快速、自然的抓取操作是虚拟现实技术研究的一个重要课题。
技术实现思路
本专利技术提出的一种虚拟现实系统中虚拟手抓取算法，能够快速、准确地抓取虚拟物体模型，并且抓取姿势自然。本专利技术的技术方案是这样实现的：一种虚拟现实系统中虚拟手抓取算法，具体步骤如下：步骤1、采集虚拟手抓取操作中五个手指指尖的数据，为虚拟手的各手指指尖生成轨迹线，并且将轨迹线分别附在五个手指指尖；步骤2、判断物体的尺寸大小是否在虚拟手的抓取范围内，通过比较物体包围球的直径与给定阈值进而判断能否抓取，如果物体包围球的直径不大于给定阈值，则该物体在虚拟手的抓取范围内；步骤3、通过手指指尖抓取的轨迹线辅以三条抓取规则，判断抓取条件是否成立，只有与物体接触的指尖运动轨迹满足抓取轨迹线，且三条抓取规则皆满足的情况下，才认为此物体被稳定抓取；步骤4、在成功抓取物体后，将虚拟物体模型的坐标固化到虚拟手的坐标上，完成相应的移动、旋转操作，将物体放到指定目的地；步骤5、.释放物体。作为优选，所述步骤3中的三条抓取规则如下：规则1：有三个或者三个以上手指的指尖与物体接触，其中必须有一个是大拇指(因为在实际抓取中会经常用到大拇指)，在所有接触点中至少有三个接触点不在一条直线上；规则2：接触面法向量之间的夹角中，至少有一个大于某预定的临界值(预设为100°)；规则3：t时刻成功抓取物体后，为了保持抓取操作的稳定性，如果在(t+1)时刻仍然满足规则1和规则2，或者(t+1)时刻在t时刻的容差范围内，那么保持抓取动作。本专利技术通过提供的一种虚拟现实系统中虚拟手抓取算法，其有益效果在于：不仅能够正确稳定地抓取物体，而且抓取姿势非常真实和自然，满足虚拟现实沉浸性和实时性的要求。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术虚拟手抓取算法的流程图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本实施例提供一种虚拟现实系统中虚拟手抓取算法，该算法只考虑手部的常见抓取操作，对于那些小概率抓取操作不予考虑，如手指间夹住物体此种抓取就不予以考虑。因为系统中的抓取操作是单只手进行的，其只能抓取尺寸较小的物体，例如我们使用单手可以抓取一个兵乓球，但是却不能抓取一个篮球。如图1所示，具体的算法如下：步骤1、采集虚拟手抓取操作中五个手指指尖的数据，为虚拟手的各手指指尖生成轨迹线，并且将轨迹线分别附在五个手指指尖；步骤2、判断物体的尺寸大小是否在虚拟手的抓取范围内，通过比较物体包围球的直径与给定阈值进而判断能否抓取，如果物体包围球的直径不大于给定阈值，则该物体在虚拟手的抓取范围内；步骤3、通过手指指尖抓取的轨迹线辅以三条抓取规则，判断抓取条件是否成立，只有与物体接触的指尖运动轨迹满足抓取轨迹线，且三条抓取规则皆满足的情况下，才认为此物体被稳定抓取；步骤4、在成功抓取物体后，将虚拟物体模型的坐标固化到虚拟手的坐标上，完成相应的移动、旋转操作，将物体放到指定目的地；步骤5、.释放物体。其中，三条抓取规则为：规则1：有三个或者三个以上手指的指尖与物体接触，其中必须有一个是大拇指(因为在实际抓取中会经常用到大拇指)，在所有接触点中至少有三个接触点不在一条直线上；规则2：接触面法向量之间的夹角中，至少有一个大于某预定的临界值(预设为100°)；规则3：t时刻成功抓取物体后，为了保持抓取操作的稳定性，如果在(t+1)时刻仍然满足规则1和规则2，或者(t+1)时刻在t时刻的容差范围内，那么保持抓取动作。当虚拟手和物体模型之间满足上述抓取条件，那么就认为已经抓取物体，将物体模型的基坐标系固化在虚拟手的坐标系上，使物体模型随虚拟手的移动而移动；之后当抓取条件不满足的时候，解除掉两者的依附关系。虚拟场景中应用此算法能够使虚拟手正确、自然地抓取物体模型。该算法有如下特点：(1)首先为虚拟手各手指指尖生成抓取轨迹线，通过判断虚拟手的运动轨迹是否在抓取轨迹线上，从而将不在抓取轨迹线上的虚拟手的动作视为不能抓取物体，这样就可以快速将不满足条件的情况予以排除；(2)为了让抓取动作符合真实手抓取的习惯且保持稳定抓持，本算法设置了抓取规则的判定环节，规则1中规定虚拟手与物体模型之间至少要有三个接触点，这是因为只有两个接触点时，物体会绕轴线旋转，从而导致抓取不稳定；此外，由于虚拟手移动时避免不了要与场景中的物体模型相接触，如果只有抓取规则1，那么就会产生误抓的情况，规则2的设置可以避免大量误抓现象的发生；(3)规则2中对虚拟手抓取姿势进行调整，只有满足规则2才能真正牢固地抓取物体模型，但是由于人手在抓取中难免发生抖动的情况，如果在t时刻抓取物体之后，(t+1)时刻手稍微抖动一下，其运动已经不符合抓取条件，但用户本意并不想松开物体，规则3就是为了防止上述情况的发生，给每一时间点都设置一个容差范围，该范围之内的微小动作并不能改变抓取此项动作，因而可以更加稳定地抓取物体。在本申请中，通过外部设备Kinect，把真实手的运动信息输入计算机中，真实人手控制着虚拟手在虚拟场景中完成抓取、释放物体的操作，并且得到对应图像信息，仿佛用户在真实操纵虚拟物体模型似的。但是虚拟物体在真实世界并不存在，它的一切属性，包括：材质、纹理、形状等都是计算机赋予的，这就使虚拟手在操作中具有很大的灵活性。以上所述仅为本专利技术的较佳实施例而已，并不用以限制本专利技术，凡在本专利技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本专利技术的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种虚拟现实系统中虚拟手抓取算法，其特征在于，具体步骤如下：步骤1、采集虚拟手抓取操作中五个手指指尖的数据，为虚拟手的各手指指尖生成轨迹线，并且将轨迹线分别附在五个手指指尖；步骤2、判断物体的尺寸大小是否在虚拟手的抓取范围内，通过比较物体包围球的直径与给定阈值进而判断能否抓取，如果物体包围球的直径不大于给定阈值，则该物体在虚拟手的抓取范围内；步骤3、通过手指指尖抓取的轨迹线辅以三条抓取规则，判断抓取条件是否成立，只有与物体接触的指尖运动轨迹满足抓取轨迹线，且三条抓取规则皆满足的情况下，才认为此物体被稳定抓取；步骤4、在成功抓取物体后，将虚拟物体模型的坐标固化到虚拟手的坐标上，完成相应的移动、旋转操作，将物体放到指定目的地；步骤5、.释放物体。

【技术特征摘要】
1.一种虚拟现实系统中虚拟手抓取算法，其特征在于，具体步骤如下：步骤1、采集虚拟手抓取操作中五个手指指尖的数据，为虚拟手的各手指指尖生成轨迹线，并且将轨迹线分别附在五个手指指尖；步骤2、判断物体的尺寸大小是否在虚拟手的抓取范围内，通过比较物体包围球的直径与给定阈值进而判断能否抓取，如果物体包围球的直径不大于给定阈值，则该物体在虚拟手的抓取范围内；步骤3、通过手指指尖抓取的轨迹线辅以三条抓取规则，判断抓取条件是否成立，只有与物体接触的指尖运动轨迹满足抓取轨迹线，且三条抓取规则皆满足的情况下，才认为此物体被稳定抓取；步骤4、在成功抓取物体后，将虚拟物体模型的坐标固化到虚拟...

【专利技术属性】
技术研发人员：不公告发明人，
申请(专利权)人：上海盟云移软网络科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31