虛擬織物的手感生成和變形模擬.pdf

1、隨著虛擬現(xiàn)實(shí)中人機(jī)交互的發(fā)展，單純視覺(jué)上的織物變形已經(jīng)不能滿足人們的需求，本文創(chuàng)新性地提出了基于變形織物的力觸覺(jué)反饋模型，能夠使人們?cè)谟^察到織物形變的同時(shí)借助觸覺(jué)交互設(shè)備感受織物的彈性和摩擦力等手感，增強(qiáng)人機(jī)交互的沉浸感。
　　 本文首先介紹了織物變形和力觸覺(jué)反饋的研究意義和目的，分析了織物變形和力觸覺(jué)反饋的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，確定本文的研究目標(biāo)和研究?jī)?nèi)容。根據(jù)織物的物理特性，本文把彈簧-質(zhì)點(diǎn)模型的內(nèi)力模型分為拉伸模型、彎曲模型和剪

2、切模型進(jìn)行討論，分別用來(lái)反映織物的拉伸性、彎曲性和剪切性等物理特性。建立質(zhì)點(diǎn)的動(dòng)力學(xué)方程并采用顯式四階龍格-庫(kù)塔方法求解微分方程，該方法有效的兼顧了計(jì)算量和精確度，能夠滿足織物形變的實(shí)時(shí)性需求。提出了基于變形織物的二維紋理映射算法，為變形織物添加紋理，增加織物仿真的真實(shí)感。
　　 然后提出織物的AABB軸向包圍盒樹(shù)碰撞檢測(cè)方法通過(guò)遍歷包圍盒樹(shù)判斷代理點(diǎn)和織物是否發(fā)生接觸，該算法能夠有效提高碰撞檢測(cè)效率、減少碰撞檢測(cè)時(shí)間。提出基于

3、吸附力的點(diǎn)接觸模型計(jì)算接觸力的大小，把接觸點(diǎn)位于織物三角面片的邊上和內(nèi)部?jī)煞N情況近似轉(zhuǎn)移到距離接觸點(diǎn)最近的三角面片的頂點(diǎn)上，簡(jiǎn)化接觸力的計(jì)算模型、減少延遲，把反饋力及時(shí)快速地反饋給操作者。
　　 其次應(yīng)用上述織物形變模型和力觸覺(jué)模型開(kāi)發(fā)了一個(gè)虛擬織物實(shí)時(shí)形變及觸覺(jué)反饋原型系統(tǒng)并進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，模擬手指觸碰織物的行為觀察織物形變和感受織物的彈性和摩擦力。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明本文提出的織物形變模型和力觸覺(jué)接觸模型能夠?qū)崿F(xiàn)織物的實(shí)時(shí)形變和力反饋