[发明专利]一种混合现实仿真系统的快速配准方法

权利要求书

1.一种混合现实仿真系统的快速配准方法，其特征在于，包括：

(1)提供一虚拟被标定体、一现实被标定体，且虚拟被标定体与现实被标定体具有相同的形状，并且具有相同的姿态Q_t，同时虚拟被标定体和现实被标定体的同一端点被定义为标定点B；

(2)建立虚拟空间的全局坐标系XYZ，坐标原点为O；建立虚拟被标定体的局部坐标系X′Y′Z′，坐标原点O′；

(3)对于不包含活塞结构的现实被标定体，提供一定位传感器，并通过连接件设置于现实被标定体的非两端位置，定位传感器所处的位置定义为采样点P；定义虚拟被标定体的一端点为局部坐标系X′Y′Z′的坐标原点O′；

开启电磁跟踪系统和计算机系统，采用三点定位的方法将定位传感器所捕捉采样点P的磁场空间坐标系数据变换为全局坐标系XYZ的数据，包括反映其空间位置的位置数据P₀和反映其空间姿态的姿态数据Q₀，则采样点P在局部坐标系X′Y′Z′中的坐标为：

空间位置P′＝Q₀^-1×(P₀-B)

空间姿态

局部坐标系X′Y′Z′中坐标原点O′与定位传感器采样点P的偏移为-P′，变换至全局坐标系XYZ中偏移为-QP′，不管操作时现实被标定体在什么位置，不会影响此偏移，故，由定位传感器采集的空间位置数据P和空间姿态数据Q确定的局部坐标系X′Y′Z′中坐标原点O′在全局坐标系XYZ中的坐标为：

空间位置

空间姿态

最后，虚拟全局空间记录上述坐标标定点位置数据和姿态数据并与虚拟被标定体进行相对位置的相应锁定，完成混合现实仿真系统中不包含活塞结构的现实被标定体的快速配准；

与(3)并列的：

(4)对于具有活塞结构的现实被标定体，提供两个定位传感器，分别通过连接件，在现实被标定体的空筒前端安装第一传感器，在活塞柄末端安装第二传感器，第二传感器所处的位置定义为采样点P；第一传感器所处的位置定义为局部坐标系X′Y′Z′的坐标原点O′；开启电磁跟踪系统和计算机系统，开始配准：

①第一传感器采集其所处位置的全局坐标系XYZ的数据P₀和Q₀；

②将现实被标定体的活塞完全推下，标定第一点P₁，第二传感器采集第一点的全局坐标系XYZ的数据P₁和Q₁，由此可得出采样点P₁点在局部坐标系X′Y′Z′中的坐标为：

③保持现实被标定体的第②步的状态，将活塞拔出至最大刻度，标定第二点P₂，第二传感器采集第二点的全局坐标系XYZ的数据P₂和Q₂，由此可得出采样点P₂点在局部坐标系X′Y′Z′中的坐标为：

④保持现实被标定体的第③步的状态，将活塞顺时针旋转一第一角度θ₁，标定第三点P₃，第二传感器采集第三点的全局坐标系XYZ的数据P₃和Q₃，由此可得出采样点P₃点在局部坐标系X′Y′Z′中的坐标为：

⑤保持现实被标定体的第④步的状态，将活塞再顺时针旋转一第二角度θ₂，标定第四点P₄，第二传感器采集第四点的全局坐标系XYZ的数据P₄和Q₄，由此可得出采样点P₄点在局部坐标系X′Y′Z′中的坐标为：

⑥最后，虚拟全局空间记录上述坐标采样点数据并与虚拟被标定体进行相对位置的相应锁定，完成混合现实仿真系统中具有活塞结构的现实被标定体的快速配准；

⑦进一步，具有活塞结构的现实被标定体在推注操作时的评价方法如下：

在现实被标定体进行推注操作时，第一传感器的全局坐标系数据为P″₁和Q″₁，第二传感器的全局坐标系数据为P″₂和Q″₂，则，第二传感器在局部坐标系X′Y′Z′中的坐标为：

P″₂＝Q″₁^-1×(P″₂-P″₁)

由P′₁，P′₂，P′₃，P′₄可得出现实被标定体推注的极限长度：

L_Max＝|(P′₂-P′₁)×N|

其中，N为现实被标定体的轴向方向：

N＝(P′₃-P′₂)×(P′₄-P′₂)

那么，现实被标定体当前相对的推注量为：

最后，计算机系统记录以上推注量数据并与操作要求的标准推注量进行比较，完成具有活塞结构的现实被标定体推注量操作的评价；

与(3)并列的：

(5)对于具有旋转关节结构的被标定体，按照第(3)步进行锁定配准。