虚拟场景中基于数据手套的交互方法.pdf

第3l卷第l2期计算机工程2005年6月
Vo1．31脑j2ComputerEngineeringJune2005

·开发研究与设计技术·文章编号：l0o．3428(2005)l22》__03文献标识码：A中圈分类号：TPj91．9
虚拟场景中基于数据手套的交互方法

张睿，张锡息
(军械工程学院导弹工程系，石家庄050003)

擅要：为了提高操作训练仿真系统的真实性、沉浸感，提高交互的质量和效率，将数据手套引入该系统。针对该输入设备，对其使用方
法、数据读取以及交互方法进行了研究。利用Creator软件建立虚拟场景和虚拟手模型，在Vc++和Vega集成开发环境中编程实现虚拟场
景中基于数据手套的交互。
关健词：数据手套；虚拟手；碰撞检测

InteractionMethodBasedonDataGloveinVirtualEnvironment

ZHANGRui．ZHANGXien

(DepartmentofMissileEngineering，OrdnanceEngineeringCollege，Shijiazhuang050003)

[Abstract]Inordertoimprovethefacticity,immersedfeeling，interactionqualityandeficiencyinoperationtrainingsimulationsystem，thedata
gloveisusedinit．Thestudyiscarriedoutitusemethod，datareadingandinteractionmethod．Virtualenvironmentandvirtualhandareestablished

byusingCreatorsoftware．VC++andVegasoftwareareusedtoprogramtheinteractionbasedondatagloveinvirtualenvironment．

[Keywords!Dataglove；Virtualhand；Collisiondetection

在操作训练仿真系统中，操作者对虚拟场景中物体的操的Creator三维建模软件对虚拟手进行建模。
作必须通过交互来实现，而交互的质量会直接影响操作训练首先按照人手的结构建立出虚拟手的大致模型，然后在
的效果。之前我们主要利用鼠标、键盘等二维输入设备以及手掌根部以及各个关节处分别放置一个自由度(DOF)。我
空间球这种三维输入设备与计算机进行交互，编程响应它们们定义各个关节DOF的原点在关节中心，沿关节轴向方向
的输入事件来对虚拟场景中的物体进行操作，这样使得交互(即做屈伸运动时转动轴的方向)为x轴，关节连线方向为
过程低效、不自然。为了进一步增加操作训练的真实性、沉Y轴，z轴由右手法则确定。手掌根部DOF的3个坐标轴向
浸感，提高交互的质量和效率，我们将数据手套引入该系统，与各关节DOF的坐标轴向一致。把手掌根部的DOF作为父
让操作手在训练过程中能充分发挥人手的灵巧性、自然性和节点，将各指段3关节的DOF作为子节点链入其下。同理
适应性，使用经验动作轻松进行操作训练。将各个指段2关节的DOF链入3关节的DOF下，1关节的
l虚拟手建模DOF链入2关节的DOF下，从而形成一条遵循人手运动规
要将数据手套测得的人手数据映射到虚拟场景中，必须律的链状结构。父节点能够带动子节点一起动作。同时在各
建立与之对应的虚拟手模型。本文首先深入分析人手的解剖个手指端部各放置一个透明的小球，并加上DOF(坐标放置
结构和运动特点，之后在此基础上建立虚拟手的模型。方式同上)，链入上述链状结构中，这将在碰撞检测中使用。
1．1人手结构和运动分析建立的虚拟手模型如图2所示，其中屈伸运动是指绕x

其中：2、3关节只能做屈伸运动，各有一个自由度；1关节图2虚拟手模基
能做屈伸和收展两种动作，有2个自由度。拇指共有5个2数据手套的使用
自由度，它的3关节只能做屈伸运动，有1个自由度，1、2在操作训练仿真系统中引入的数据手套是由5DT公司
关节均能做屈伸和收展两种动作，各有2个自由度。手掌根生产的具有16个传感器的5DTDataGlove16。该数据手套
部(看作腕部)在立体空间中有6个自由度，能做环转等动
作者筒介：张睿(198O一)，女，硕士生，主研方向：交互式仿真，
作。因此，人手总共有27个自由度，详见图1。
虚拟现实技术等；张锡恩，教授、博导
1．2虚拟手模基楚立
定稿日期：2004—05—23E-mail：[e-mail]
根据对人手结构和运动的分析，我们选用MultiGen公司

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由合成弹力纤维制造而成，其中嵌入l6