学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

基于数据手套和跟踪器的人机交互技术的研究

作　者: 朱杰
导　师: 夏青
学　校: 解放军信息工程大学
专　业: 地图制图学与地理信息工程
关键词: 人机交互数据手套六自由度跟踪器几何变换骨骼蒙皮手势识别虚拟操作
分类号: TP391.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 177次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载

内容摘要

虚拟现实技术在短短十几年里已经在工业、医学、教育、娱乐和军事等多个领域得到应用和发展,引起世人广泛关注,并对相关领域起着重大的推动作用。“交互”是虚拟现实技术的基本特点之一,也是虚拟现实技术发展的原动力。在虚拟现实技术的影响下,人机交互技术从传统的“人适应计算机”信息处理环境逐步实现“计算机适应人”,方式上将传统的显示器、键盘、鼠标等面向计算机的硬件设备转变为头盔式显示器、数据手套、空间跟踪设备等面向人的特色设备,内容上不再局限于数值计算、文字处理的交互,而是扩大到图像、声音、语言等多种形式的交互,效果上达到逼真的虚拟环境使用户产生身临其境的感觉。手势是人类日常生活中人与人之间最自然的一种交互方式。计算机为人们提供人类的自然交互技能,并与其创造的虚拟环境进行直接交互,达到或接近人类日常自然交互的灵敏和准确,是虚拟现实技术研究的主要内容之一。本文以数据手套和跟踪器为交互设备,基于手势识别技术实现虚拟手在三维场景中显示控制以及对虚拟物体模型进行选取、移动、释放等操作,主要包括以下几个方面:1、从生理学角度全面分析了人手的骨骼特点和关节自由度,探讨了虚拟手三维建模技术、OpenGL绘制技术和骨骼蒙皮绘制技术,建立了虚拟手静态模型;2、详细分析了人手运动特征,详细描述了手骨骼的层次关系和运动空间,建立了虚拟手骨骼拓扑关系。深入分析了虚拟手的运动控制原理,具体介绍了模型几何变换原理,构建了虚拟手的运动模型,实现虚拟手的动态控制。研究了骨骼皮肤变形技术,解决了关节边界处皮肤撕裂变形问题;3、详细介绍了数据手套的工作原理,建立了数据手套和虚拟手的运动映射过程。分析了手势识别技术的原理,研究了基于数据手套的手势识别过程;4、探讨了虚拟操作技术的概念、任务和操作分类。分析了跟踪器的工作原理,结合数据手套,应用光线投射技术,实现了基于手势识别的虚拟选择和操纵过程;5、在VC++开发平台上,应用OpenGL三维图形程序构建了基于数据手套和跟踪器的人机交互系统。该系统应用数据手套和跟踪器这两种典型交互设备,实现在虚拟环境中虚拟手显示和动态控制的人机交互功能。

全文目录

摘要  7-8
Abstract  8-10
第一章绪论  10-19
  1.1 研究背景和意义  10-15
    1.1.1 人机交互技术的概述  10-12
    1.1.2 人机交互技术的发展  12-13
    1.1.3 虚拟现实系统中人机交互技术的应用  13-14
    1.1.4 本文的研究意义  14-15
  1.2 国内外对基于数据手套和跟踪器的人机交互技术研究现状  15-17
  1.3 本文主要研究内容及组织结构  17-19
第二章虚拟手的静态建模  19-26
  2.1 引言  19
  2.2 虚拟手的几何建模  19-21
  2.3 三维建模技术及虚拟手的三维绘制  21-25
    2.3.1 3DS Max 软件建模技术  21
    2.3.2 OpenGL 绘制技术  21-22
    2.3.3 基于OpenGL 几何体绘制技术的虚拟手显示  22-23
    2.3.4 基于蒙皮绘制技术的虚拟手显示  23-25
  2.4 本章小结  25-26
第三章虚拟手的运动建模  26-44
  3.1 引言  26
  3.2 人手的生理结构和骨骼运动分析  26-30
    3.2.1 人手的骨骼特征分析  27-28
    3.2.2 人手的关节自由度  28-29
    3.2.3 手指骨骼运动空间描述  29-30
  3.3 基于层次模型的虚拟手运动分析  30-34
    3.3.1 人手的层次结构分析  30-32
    3.3.2 虚拟手指关节的拓扑关系描述  32
    3.3.3 虚拟手运动控制原理  32-34
  3.4 虚拟手动态控制的实现  34-40
    3.4.1 模型几何变换原理  34-38
    3.4.2 基于OpenGL 虚拟手骨骼运动绘制  38-40
  3.5 骨骼运动皮肤变形处理技术  40-43
  3.6 本章小结  43-44
第四章基于数据手套的虚拟手手势识别交互技术  44-56
  4.1 引言  44
  4.2 数据手套概述  44-49
    4.2.1 5DT DataGlove 16 型数据手套的使用原理  46-47
    4.2.2 5DT DataGlove 16 型数据手套的数据获取与处理  47-49
    4.2.3 5DT DataGlove 16 型数据手套的校正  49
  4.3 数据手套与虚拟手的映射  49-52
    4.3.1 建立映射过程  50
    4.3.2 手势信息的获取传输与应用  50-51
    4.3.3 基于数据手套的虚拟手显示  51-52
  4.4 手势识别技术的概述  52-53
  4.5 基于数据手套的虚拟手交互技术的实现  53-55
    4.5.1 数据手套的手势标定  53-54
    4.5.2 基于数据手套的虚拟手手势识别  54-55
  4.6 本章小结  55-56
第五章基于数据手套和六自由度跟踪器的虚拟手操作  56-78
  5.1 引言  56
  5.2 六自由度跟踪器的概述  56-60
    5.2.1 FASTRAK 型6 自由度跟踪器的工作原理  57-59
    5.2.2 6 自由度跟踪器的数据获取和分析处理  59-60
  5.3 虚拟操作的概述  60-63
    5.3.1 虚拟操作的任务及任务参数  60-62
      5.3.1.1 选择  60-61
      5.3.1.2 操纵  61-62
      5.3.1.3 操作基本任务  62
    5.3.2 虚拟操作技术的分类  62-63
  5.4 虚拟场景中基于数据手套的虚拟物体选择技术  63-66
    5.4.1 虚拟场景的构建  64
    5.4.2 基于视觉感知的物体指示  64-65
    5.4.3 基于手势指令的虚拟物体操作技术  65-66
  5.5 基于6 自由度跟踪器的虚拟物体操纵技术  66-71
    5.5.1 虚拟手臂扩展（Go-Go）技术  66-67
    5.5.2 基于6 自由度跟踪器的光线投射技术  67-69
    5.5.3 虚拟场景中虚拟手操作规则  69-70
    5.5.4 虚拟场景中基于6 自由度跟踪器的虚拟手操作过程  70-71
    5.5.5 基于6 自由度跟踪器的虚拟模型旋转技术  71
  5.6 基于数据手套和6 自由度跟踪器的虚拟手交互系统的设计与实现  71-77
    5.6.1 系统功能介绍  72-73
    5.6.2 系统实现  73-75
    5.6.3 系统实验数据  75-76
    5.6.4 系统实验效果  76-77
  5.7 本章小结  77-78
第六章论文总结与下一步工作  78-81
  6.1 与其它交互技术的比较分析  78
  6.2 本文研究内容的总结  78-79
  6.3 本文创新点  79
  6.4 下一步工作的展望  79-81
参考文献  81-84
作者简历攻读硕士学位期间完成的主要工作  84-85
致谢  85

基于数据手套和跟踪器的人机交互技术的研究

内容摘要

全文目录

相似论文