[发明专利]一种在虚拟现实中复杂运动约束下物体抓取交互方法

权利要求书

1.一种在虚拟现实中复杂运动约束下物体抓取交互方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)设定虚拟手与交互设备跟踪定位点关系，设置物体限制约束条件，建立物体与手部标准位置挂点；

2)控制虚拟手抓取物体；

3)判断物体当前是处于约束状态，还是自由无约束状态；

4)如果物体处于约束状态，则当虚拟手与物体距离小于设定值时，判断虚拟手抓取物体，然后进入步骤5；如果物体处于自由无约束状态，则直接将物体附着到虚拟手上，虚拟物体完全跟随虚拟手移动，抓取交互完成；

5)当虚拟手抓取物体后，通过调整虚拟手姿态，显示抓取物体的合适手势；

6)根据上一帧与当前帧被抓取物体的位置，实时计算手部下一帧运动趋势；

7)根据运动趋势，判断下一帧物体是处于运动约束状态还是自由运动状态；

8)根据判断结果，当下一帧物体处于运动约束状态时则虚拟手停止运动，当下一帧物体处于自由运动状态时则虚拟手继续移动；

9)虚拟手放开物体。

2.根据权利要求1所述的在虚拟现实中复杂运动约束下物体抓取交互方法，其特征在于所述步骤1)中按照如下方式设置物体限制约束条件：在物体被限制的范围和方向上设置多个限制触发器，每个限制触发器有一个禁止通过的运动方向。

3.根据权利要求2所述的在虚拟现实中复杂运动约束下物体抓取交互方法，其特征在于所述步骤1)中按照如下方式设置物体限制约束条件：设置一个用来判断物体是否处于约束状态的状态触发器。

4.根据权利要求1所述的在虚拟现实中复杂运动约束下物体抓取交互方法，其特征在于所述步骤1)中按照如下方式设定虚拟手与交互设备跟踪定位点关系：在虚拟环境中建立一个虚拟手计算管理类HandAnchor，其位置和姿态直接与现实世界用户手部运动一致；在HandAnchor节点下创建一个子级物体HandOffset，HandOffset位置和姿态代表虚拟手的位置和姿态；当操作自由移动的物体时，HandAnchor与HandOffset位置一致，即虚拟手及被操作的物体完全跟随现实世界用户手部运动；当操作处于约束状态下的物体时，HandAnchor与HandOffset位置不一致，虚拟手及被操作的物体在特定约束区域内不能跟随现实世界用户手部运动。

5.根据权利要求4所述的在虚拟现实中复杂运动约束下物体抓取交互方法，其特征在于所述步骤5)中按照如下方式调整虚拟手姿态：首先获取被操作物体上挂点位置信息，并转化为世界坐标系下的值，包括位置和姿态；接着获取HandOffset的位置信息，并转化为世界坐标下的值；最后对世界坐标下的HandOffset使用线性插值算法，计算HandOffset中间值，通过赋值操作，把虚拟手逐渐移动到挂点位置。

6.据权利要求1所述的在虚拟现实中复杂运动约束下物体抓取交互方法，其特征在于所述步骤6)中按照如下方式计算手部下一帧运动趋势：保留虚拟手掌上一帧位置信息，将虚拟手掌当前帧位置与上一帧位置相减，所得向量即为虚拟手掌本帧的运动趋势，包含方向和距离。

7.根据权利要求2所述的在虚拟现实中复杂运动约束下物体抓取交互方法，其特征在于所述步骤7)中按照如下方式判断下一帧物体处于运动约束状态：物体当前处于约束状态，约束运动的障碍物已经与限制触发器发生触碰，而且虚拟手的运动趋势与约束运动的障碍物触碰的限制触发器禁止通过的运动方向夹角小于90度。

8.根据权利要求7所述的在虚拟现实中复杂运动约束下物体抓取交互方法，其特征在于按照如下方式虚拟手的运动趋势与约束运动的障碍物触碰的限制触发器禁止通过的运动方向夹角小于90度：虚拟手的运动趋势向量与约束运动的障碍物触碰的限制触发器禁止通过的运动方向向量进行点乘，通过两个向量点乘结果的正负来判断，如果点乘结果大于0，则两个向量夹角小于90度。

9.根据权利要求1至8中任一所述的在虚拟现实中复杂运动约束下物体抓取交互方法，其特征在于步骤9)按照如下方式虚拟手放开物体：虚拟手可以主动放开物体；当虚拟手与跟踪定位点不一致导致距离超过限定值时，虚拟手被动放开物体。