一種三維觸覺拾取的系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種三維觸覺拾取的系統(tǒng)，包括：虛擬部分，用于處理的是三維虛擬空間的建模和拾取的實(shí)現(xiàn)，并將該拾取結(jié)果的信息傳輸給現(xiàn)實(shí)部分；現(xiàn)實(shí)部分，用于實(shí)現(xiàn)的是觸覺反饋的功能，將從第一部分通過諸如網(wǎng)絡(luò)等方式傳過來的信息轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電流輸入，然后輸入到特制的傳感器最后形成相應(yīng)的感覺傳到手上。從而實(shí)現(xiàn)觸覺感知拾取。實(shí)施本發(fā)明，增加用戶體驗(yàn)度。
【專利說明】一種三維觸覺拾取的系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及人機(jī)交互【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種三維觸覺拾取的系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]在利用計算機(jī)模擬再現(xiàn)我們所生活的三維世界時，根據(jù)測量得到的數(shù)據(jù)生成三維圖形。模擬真實(shí)地形環(huán)境，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行三維空間分析，已成為地理信息系統(tǒng)的一個重要研究內(nèi)容，而拾取則是地理信息系統(tǒng)和計算機(jī)圖形處理系統(tǒng)中一個非常重要的功倉泛。
[0003]同時在虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中，不僅要繪圖，而且要允許操作者能夠通過手持設(shè)備的方式來操縱屏幕上的物體，有時還需要獲取與物體交換過程中的觸覺感知，這些都是需要以拾取作為實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)。本系統(tǒng)提供了一種基于圖元選擇的機(jī)制來實(shí)現(xiàn)在二維計算機(jī)屏幕顯示的三維地圖上實(shí)現(xiàn)的快速觸覺拾取系統(tǒng)。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)主要是通過一個代替人手的輸入設(shè)備，例如鍵盤，鼠標(biāo)等設(shè)備來提供交互，一般都是在二維物體上實(shí)現(xiàn)的基于碰撞檢測的拾取。
[0005]在三維環(huán)境中，多了第三維的信息也就是深度信息，反映到坐標(biāo)系上就是多了 Z方向的坐標(biāo)值，從而使得一些在二維空間交互下的簡單問題到三維就變得非常復(fù)雜。二維點(diǎn)輸入設(shè)備(通常是鼠標(biāo)點(diǎn)，以下就用鼠標(biāo)點(diǎn)來指代二維輸入設(shè)備輸入點(diǎn))中得到的信息只具有X和Y方向的二維信息，要實(shí)現(xiàn)在三維環(huán)境下的拾取，就要得到鼠標(biāo)輸入點(diǎn)在Z方向的坐標(biāo)值。但是，直接得到二維鼠標(biāo)輸入點(diǎn)的第三維信息是十分困難的。再者通過鼠標(biāo)或者鍵盤等交互方式所帶給用戶的交互體驗(yàn)是不夠的，對于人們對虛擬現(xiàn)實(shí)的感受會大打折扣。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一個觸覺可感知的三維拾取系統(tǒng)。該方法可對三維地形圖上的任意點(diǎn)進(jìn)行拾取，并反饋拾取點(diǎn)的觸覺感知信息。
[0007]相應(yīng)的，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種三維觸覺拾取的系統(tǒng)，包括:
[0008]虛擬部分，用于處理的是三維虛擬空間的建模和拾取的實(shí)現(xiàn)，并將該拾取結(jié)果的信息傳輸給現(xiàn)實(shí)部分；
[0009]現(xiàn)實(shí)部分，用于實(shí)現(xiàn)的是觸覺反饋的功能，將從第一部分通過諸如網(wǎng)絡(luò)等方式傳過來的信息轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電流輸入，然后輸入到特制的傳感器最后形成相應(yīng)的感覺傳到手上。從而實(shí)現(xiàn)觸覺感知拾取。
[0010]所述虛擬部分利用三維物體的三角化建模，在進(jìn)行初步篩選區(qū)域，最終判斷接觸點(diǎn)落在物體的哪個三角形。
[0011]所述現(xiàn)實(shí)部分進(jìn)行信息的接收，實(shí)現(xiàn)可靠和實(shí)時信息的接化為連續(xù)完整的手部觸覺；以及觸覺信息的轉(zhuǎn)化。
[0012]本發(fā)明具有如下有益效果，通過三維觸覺收取的系統(tǒng)提高了用戶體驗(yàn)度?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0013]為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其它的附圖。
[0014]圖1是本發(fā)明實(shí)施例中的三維觸覺拾取的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖2是本發(fā)明實(shí)施例中的二維坐標(biāo)系下一個點(diǎn)與三角形的位置關(guān)系有形內(nèi)示意圖；
[0016]圖3是本發(fā)明實(shí)施例中的二維坐標(biāo)系下一個點(diǎn)與三角形的位置關(guān)系有行上內(nèi)示意圖；
[0017]圖4是本發(fā)明實(shí)施例中的二維坐標(biāo)系下一個點(diǎn)與三角形的位置關(guān)系有行外示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其它實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0019]本發(fā)現(xiàn)提供一種通過觸覺感知交互的三維虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，圖1示出了本發(fā)明實(shí)施例中的三維觸覺拾取的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，該系統(tǒng)只要是有兩個部分組成，每個部分分別負(fù)責(zé)該虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中的虛擬和現(xiàn)實(shí)感知部分，他們可以通過如網(wǎng)絡(luò)或者其他互連方式連接起來形成完整的系統(tǒng)。下面分別從這兩個部分來描述這個系統(tǒng)的功能。
[0020]第一部分主要為虛擬部分，主要處理的是三維虛擬空間的建模和拾取的實(shí)現(xiàn)，并將該拾取結(jié)果的信息傳輸給現(xiàn)實(shí)部分。該部分的具體功能詳細(xì)說明如下。
[0021]第一步:三維物體的三角化建模。利用采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行空間物體的三維建模，可以利用如OpenGl之類的函數(shù)來繪制物體，在三維物體中，將一個個包含高程信息的相鄰網(wǎng)格點(diǎn)用三角片拼接起來就近視的表述了三維物體。
[0022]第二步:初步篩選區(qū)域。在繪制出了三維物體圖形之后，若接觸點(diǎn)碰到物體上的任意一點(diǎn)M，則先判斷M點(diǎn)所落入的空間四邊形區(qū)域，做初步的篩選。轉(zhuǎn)化為當(dāng)前平武坐標(biāo)之后，就能利用三維屏幕坐標(biāo)的二維平面投影來判斷觸摸點(diǎn)所落入的區(qū)域了。在二維坐標(biāo)系下一個點(diǎn)與三角形的位置關(guān)系有形內(nèi)(如圖2所示)，形上(如圖3所示)和形外(如圖4所示)的關(guān)系?？梢酝ㄟ^叉積發(fā)來判斷點(diǎn)與三角型的位置關(guān)系。
[0023]第三步:判斷接觸點(diǎn)落在物體的哪個三角形。經(jīng)過前面的步驟之后已經(jīng)可以篩掉大量不滿足條件的三角形圖元，從而減少后面進(jìn)行求交運(yùn)算的次數(shù)。提高求交效率，增強(qiáng)拾取的實(shí)時性。篩選出該點(diǎn)所在的區(qū)域R后，依次對R區(qū)域中的每一個三角形圖元和接觸點(diǎn)進(jìn)行精確判斷，可以分別利用坐標(biāo)變換，屏幕投影和叉積法，直到找到接觸點(diǎn)落入的那個三角形圖元為止。
[0024]第二部分為現(xiàn)實(shí)部分，主要實(shí)現(xiàn)的是觸覺反饋的功能，將從第一部分通過諸如網(wǎng)絡(luò)等方式傳過來的信息轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電流輸入，然后輸入到特制的傳感器最后形成相應(yīng)的感覺傳到手上。從而實(shí)現(xiàn)觸覺感知拾取。本部分主要分為兩個步驟，第一個步驟為信息的接收，要實(shí)現(xiàn)可靠和實(shí)時信息的接化為連續(xù)完整的手部觸覺。下面分別就這兩個方面來詳細(xì)說明其中的關(guān)鍵細(xì)節(jié)和功能。
[0025]第一步:信息接收。因?yàn)樘摂M現(xiàn)實(shí)這種特殊應(yīng)用的形式，所以其中對于信息傳輸?shù)囊蠛芨?。本系統(tǒng)主要通過三個方面來保證消息的可靠和實(shí)時。
[0026]第一個方面采用了編碼的方式，將較長的信息用較短的編碼來表示，從而使要接收的信息量減少，提高了接收的效率。
[0027]第二個方面采用了隊(duì)列的方式保證了消息的正確性，因?yàn)樵诰W(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)倪^程中可能會發(fā)送各個消息至今到達(dá)順序的錯亂，使相關(guān)的信息不是按發(fā)送的順序到達(dá)接收端，所以通過隊(duì)列的方式使其在接收端再次排序，保證了消息順序的正確性。
[0028]第三方面是重傳機(jī)制，因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)可能發(fā)生故障或者其他問題，所以用過重傳機(jī)制可要求發(fā)送端再次發(fā)送相關(guān)的消息，使該消息不回因?yàn)橐粫r的流失造成永遠(yuǎn)的丟失，保證了消息的可靠性。
[0029]第二步:觸覺信息的轉(zhuǎn)化。因?yàn)樵谖覀內(nèi)祟愓５母兄?，觸覺的感知是連續(xù)的，不會是離散的，就像是我們在摸一個球的時候都是整個手都感觸到的。但是實(shí)際上，計算機(jī)傳來的信息是離散的，如果我們按照從計算機(jī)傳來的消息直接轉(zhuǎn)化為觸覺感知的話，人的手就只能部分的得到該觸覺，從而降低了該觸覺效果，用戶體驗(yàn)較差。為了提高用戶體驗(yàn)，我們用了插值的方法使該信息所反饋出來的觸覺效果更加好。因?yàn)閮牲c(diǎn)觸覺信息之間是空的，離散的，通過插值就可以在空值出產(chǎn)生相關(guān)的值，從而提高了用戶體驗(yàn)。
[0030]綜上，本發(fā)明提供一種三維觸覺拾取的系統(tǒng)，通過三維觸覺收取的系統(tǒng)提高了用戶體驗(yàn)度。
[0031]本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解上述實(shí)施例的各種方法中的全部或部分步驟是可以通過程序來指令相關(guān)的硬件來完成，該程序可以存儲于一計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)中，存儲介質(zhì)可以包括:只讀存儲器(ROM，Read Only Memory)、隨機(jī)存取存儲器(RAM，RandomAccess Memory)、磁盤或光盤等。
[0032]以上對本發(fā)明實(shí)施例所提供的一種三維觸覺拾取的系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)介紹，本文中應(yīng)用了具體個例對本發(fā)明的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時，對于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在【具體實(shí)施方式】及應(yīng)用范圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對本發(fā)明的限制。
【權(quán)利要求】
1.一種三維觸覺拾取的系統(tǒng)，其特征在于，包括: 虛擬部分，用于處理的是三維虛擬空間的建模和拾取的實(shí)現(xiàn)，并將該拾取結(jié)果的信息傳輸給現(xiàn)實(shí)部分； 現(xiàn)實(shí)部分，用于實(shí)現(xiàn)的是觸覺反饋的功能，將從第一部分通過諸如網(wǎng)絡(luò)等方式傳過來的信息轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電流輸入，然后輸入到特制的傳感器最后形成相應(yīng)的感覺傳到手上。從而實(shí)現(xiàn)觸覺感知拾取。
2.如權(quán)利要求1所述的三維觸覺拾取的系統(tǒng)，其特征在于，所述虛擬部分利用三維物體的三角化建模，在進(jìn)行初步篩選區(qū)域，最終判斷接觸點(diǎn)落在物體的哪個三角形。
3.如權(quán)利要求1所述的三維觸覺拾取的系統(tǒng)，其特征在于，所述現(xiàn)實(shí)部分進(jìn)行信息的接收，實(shí)現(xiàn)可靠和實(shí)時信息的接化為連續(xù)完整的手部觸覺；以及觸覺信息的轉(zhuǎn)化。
【文檔編號】G06T17/00GK103500466SQ201310461234
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2013年9月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月29日
【發(fā)明者】翟振明, 袁沛軒, 林格, 羅笑南 申請人:中山大學(xué)