The invention discloses a virtual hand collision detection method for wearable tactile devices. Firstly, the motion signal data of the virtual hand model are measured, including wrist three-dimensional rotation information, finger sideswing information and finger bending information, and then whether the virtual hand model and virtual object model collide or not is detected, and the virtual object model is represented by a multi-level octree model. The recorded collision point position is displayed in real time. The method can detect the collision position of virtual hand in real-time contact with complex shape objects, and can adapt to the diversity of force interaction requirements of different interactive gestures and number of contact points.
【技术实现步骤摘要】
一种面向穿戴式触觉设备的虚拟手碰撞检测方法
本专利技术涉及穿戴式设备
,尤其涉及一种面向穿戴式触觉设备的虚拟手碰撞检测方法。
技术介绍
触觉交互范式正在经历从桌面式触觉到穿戴式触觉的演变,新的交互范式下虚拟化身从一个刚体(6DOF运动)变成了虚拟手(具有25个DOF的多关节链接系统),并且虚拟手和虚拟物体之间交互姿态多样,如单指节单点碰撞、单指节多点碰撞、多指节多点碰撞等,为了快速准确地确定不同接触状态下的碰撞位置,对碰撞检测方法的要求较高。目前面向穿戴式触觉设备的虚拟手碰撞检测方式主要有三种,第一种是利用Unity3d自带的包围盒进行检测,利用原型包围盒模拟物体会导致精度差的问题,而利用网格包围盒模拟物体精度较高,但是检测时间远远超出3ms,难以满足力觉反馈1kHz的计算频率要求;第二种是利用在指节关节点处放置虚拟小球传感器,通过小球传感器检测是否与场景发生碰撞,但是这种检测方式只能检测关节处的碰撞,无法检测指节发生的碰撞,导致精度差、体验感降低;第三种是利用哈希网格的方式对空间区域进行划分,并对处于同一空间区域的网格建立同一索引值,进行碰撞检测时,只检测同一索引值下面的网格是否发生碰撞,但是这种检测时间最快只能达到8ms,实时性较差。由此可见,现有技术中的各类碰撞检测方法均无法满足1kHz实时性的要求,并且检测的准确性有待提高。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种面向穿戴式触觉设备的虚拟手碰撞检测方法,该方法可以实时检测出虚拟手与复杂形状物体接触时的碰撞位置,并能够适应不同交互手势、不同接触点数量的多样性力觉交互要求,为用户感受物体的抓持操作力 ...
【技术保护点】
1.一种面向穿戴式触觉设备的虚拟手碰撞检测方法,其特征在于,所述方法包括:步骤1、首先测量虚拟手模型的运动信号数据,包括手腕三维转动信息、手指侧摆信息和手指弯曲信息;其中,所述虚拟手模型由多层次八叉球树和圆柱包围盒组成的混合模型表示,具体利用圆柱模型模拟人手指节,利用球树模型模拟手掌;步骤2、再检测所述虚拟手模型和虚拟物体模型是否发生碰撞,所述虚拟物体模型由多层次八叉球树模型表示;其中,具体判定所述混合模型与球树模型是否发生碰撞,若碰撞,则记录所述虚拟物体模型上的碰撞小球信息、虚拟手模型的碰撞指节信息以及碰撞点位置;步骤3、然后实时显示记录的碰撞点位置。
【技术特征摘要】
1.一种面向穿戴式触觉设备的虚拟手碰撞检测方法,其特征在于,所述方法包括:步骤1、首先测量虚拟手模型的运动信号数据,包括手腕三维转动信息、手指侧摆信息和手指弯曲信息;其中,所述虚拟手模型由多层次八叉球树和圆柱包围盒组成的混合模型表示,具体利用圆柱模型模拟人手指节,利用球树模型模拟手掌;步骤2、再检测所述虚拟手模型和虚拟物体模型是否发生碰撞,所述虚拟物体模型由多层次八叉球树模型表示;其中,具体判定所述混合模型与球树模型是否发生碰撞,若碰撞,则记录所述虚拟物体模型上的碰撞小球信息、虚拟手模型的碰撞指节信息以及碰撞点位置;步骤3、然后实时显示记录的碰撞点位置。2.根据权利要求1所述面向穿戴式触觉设备的虚拟手碰撞检测方法,其特征在于,所述步骤2的检测过程具体包括:球-圆柱模型碰撞检测和球-球模型碰撞检测。3.根据权利要求2所述面向穿戴式触觉设备的虚拟手碰撞检测方法,其特征在于,在所述球-圆柱模型碰撞检测过程中,根据球模型与圆柱模型的碰撞方式采用不同的判断依据,所述碰撞方式分别为完全相交、完全不相交、斜交与正交,其中:若碰撞方式为完全相交,则判断球心到圆柱中轴线的距离|OC|与球半径R与圆柱半径r之间的关系,若满足如下公式,则判定两者发生碰撞:其中,其中,O表示球心,A、B分别代表单一指节圆柱模型和虚拟物体球模型的焦点,C代表虚拟物体球模型的球心到圆柱模型中轴线的垂足位置,D和E表示圆柱的两端点;xD、yD、zD分别代表D点的x、y...
【专利技术属性】
技术研发人员:王党校,宋梦,姜戈,张玉茹,
申请(专利权)人:北京航空航天大学,
类型:发明
国别省市:北京,11
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