[发明专利]一种虚拟现实环境下可变形手抓取交互方法

权利要求书

1.一种虚拟现实环境下可变形手抓取交互方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)构建虚拟3D手模型；

2)基于距离场构建虚拟3D物体C；

3)LeapMotion采集帧数据驱动虚拟3D手模型；

4)平滑滤波虚拟3D手模型有向距离场；

5)3D虚拟手与虚拟3D物体C交互；

所述的交互对应如下：

蒙皮B上点fi(xi,yi,zi)距离虚拟3D物体C的距离为di，默认虚拟3D物体C提取的等距面的阈值为X＝0，当虚拟3D手模型未接触或者刚好接触虚拟3D物体C时，设蒙皮A与蒙皮B所有点空间位置和旋转方向实时相等，即当di≥X，令A＝B；当手接触并陷入虚拟3D物体C时，即当di＜X，令di＝X，求解蒙皮B上的fi(xi,yi,zi)，得到虚拟3D手模型顶点变形后的位置，对应的函数表达式如下：

式中fi(xi,yi,zi)表示蒙皮B上空间中的i点坐标，Fai(xi,yi,zi)表示蒙皮A上空间中的i点坐标，Fci(xi,yi,zi)表示虚拟3D物体C中与蒙皮B接触的部分空间中的i点坐标，从而实现虚拟3D手模型与虚拟3D物体的自然交互；

根据手部几何模型，在3D动画编辑软件，如Maya中建虚拟3D手骨架， 然后根据位置及旋转角实时保持相同蒙皮A和蒙皮B的特殊方式绑定虚拟3D手骨骼形成虚拟3D手模型，白色为蒙皮B，外围黑色轮廓为蒙皮A,蒙皮A为绑定的隐式层，蒙皮B为不绑定的显式层。

2.根据权利要求1所述的虚拟现实环境下可变形手抓取交互方法，其特征在于，所述步骤2)中按照如下方式进行基于距离场构建虚拟3D物体C：分别对三维空间中的复杂多组件物体中的点、线、面骨架计算可变权重距离场，再对多组件的距离场进行混合加、布尔减运算生成复杂距离场，用基于骨架半径的低通滤波有效地生成处处连续变化的复杂物体的距离场C。

3.根据权利要求1所述的虚拟现实环境下可变形手抓取交互方法，其特征在于，所述步骤3)中根据LeapMotion的API提供的关于度量位置和手、手指的实体信息的快照运动追踪数据库，从控制器通过摄像头捕获含追踪信息的一帧数据。

4.根据权利要求1所述的虚拟现实环境下可变形手抓取交互方法，其特征在于，所述步骤4)中平滑滤波是采用5×5×5精度低通滤波模板进行离散距离场滤波，按照以下方式进行：

选取接触部分空间中P点紧密围绕的125点，其中边界处点特殊处理，依照“离P点越近权值越高”的原则对应的函数如下：

式中DistFeildp表示周围125个点，包括P点，对P点势能距离场影响权值，wi表示第i个点对P点的权重系数，DistFeildi表示第i个点对P点的势能距离场影响权值。