[发明专利]一种数据手套接口模块的设计方法

说明书

【技术领域】

本发明涉及一种数据手套接口模块的设计方法。

【背景技术】

近年来，随着科学技术的不断发展，人们对于先进技术服务于生活越来越重视。虚拟现实技术是实现此要求的很好的一个途径。虚拟现实技术是利用计算机建立一个逼真的虚拟世界，用户可以在其中通过听、视、触、嗅等感官获取对周围环境的感知，有身临其境的感觉。虚拟现实技术在军事、教育、娱乐、科研等多方面都有很广泛的应用。在虚拟现实技术里面，数据手套是很重要的交互工具，让用户可以更加自然和真实的与虚拟环境交互。它可以捕捉到人手的动作和姿态信息。数据手套的外观和普通手套的外观类似，但是其材质上与普通手套不同，其中装有捕捉姿态信息的传感器，通过计算机接口把数据传输到计算机内，完成虚拟手的动作和姿态的实时更新。以便更加直观和真实的进行虚拟现实操作。

数据手套的关键在于手掌、手指以及手腕的各个有效部位的弯曲、外展等测量以及此基础上的外演。国内外许多单位和公司在数据手套的研究开发方面做了大量的工作，并推出不同类型的数据手套，下面对这些做一些介绍：

1)Dataglove是VPL公司于20世纪90年代推出的最早的数据手套，该手套结构紧凑，佩戴舒适，轻便易用，采用桌面控制模块，可以同时支持系四副手套；但是容易受到用户手大小的影响。被设计试用于VR的医学应用、可以作为医学应用的输入设备。

2)Virtual Technologies公司于1991年推出了Cyberglove数据手套，该手套重量较轻，舒适结构完整，使用权电阻技术来发送实时角度数据，CyberGloveTouch系统提供了震动触觉技术。

3)解放军理工大学在2002年成功研制出一款数据手套，针对关节的弯曲和外展研究了光学行程传感器和光纤弯曲传感器，具有精度高，体积小等特点，且使用OpenGL的双缓冲技术回执三维图像。在使用过程中因用户的差异要对手套进行校正。

4)北京视景科技开发的WISEGLOVE数据手套常用于测量人手指动作，广泛应用于人手的运动捕捉，游戏动画制作以及医学评估等领域。

Simulink是Matlab中最重要的组件之一，它可以提供一个动态系统建模、仿真和综合分析的集成环境。广泛应用于线性系统、非线性系统、数字控制以及数字信号处理的建模和仿真中。利用Matlab虚拟现实工具箱(Virtual Reality Toolbox)可以在三维虚拟现实环境中进行可视化操作和动态系统交互，使用标准的VRML技术，可以进行Matlab和Simulink的交互，动态系统可以通过虚拟现实工具箱将Simulink模型随时间的变化以视景和图形化方式进行交互，这对模型对象能有很好的理解，很方便的进行虚拟操作的模拟。在Simulink中建立系统的结构图，选择合适的虚拟现实环境连接到Simulink结构图中，虚拟现实模块就会为有效的VRML节点扫描出能够由Simulink驱动的虚拟世界。

目前，针对Simulink虚拟现实技术的数据手套开发比较少，使得在其下的虚拟现实实现缺少了很大的操作性。无法真是的实现人机交互，增强沉浸感，实现更加逼真的虚拟现实。

【发明内容】

本发明的目的是针对数据手套在Simulink下应用匮乏的情况，提供了一种Simulink下的数据手套接口模块的设计方法，实现了数据手套在Simulink下的使用，为Simulink虚拟现实操作技术打下基础。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种数据手套接口模块的设计方法，包括以下步骤：

1)进行数据手套归一化处理，标定手套的最大值和最小值；定义一个最大值为A和一个最小值为B，数据手套的数值为C，C在A和B之间满足如下关系：

通过线性算法对数据手套的弯曲角度进行计算，加入手套某个手指的活动角度是E，其弯曲角度为：

E*(C-B)/(A-B)(2)

然后用滑动均值法对数据手套的数据进行标定，滑动均值法取连续n个数据手套数据作为平均值然后设定为当前的值，表示如下：

S＝(S₁+S₂+…+S_n)÷n(3)

其中，S是当前传感器的值，n是其个数且为整数；