[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

说明书

本发明公开了一种在虚拟现实中复杂运动约束下物体抓取交互方法，主要包括初始设置、抓取操作、物体当前状态确定、抓取物体判断、虚拟手掌位置调整、运动趋势计算、运动趋势判断、运动趋势有效性判断。本发明正确处理了用户在现实中无运动约束情况下对虚拟环境中复杂运动约束下物体抓取的操作仿真问题，实现了虚拟空间中操作对象在交互操作过程中满足实体之间相互阻挡的约束关系，避免出现被虚拟手抓取的物体穿越约束限制的问题与虚拟手抓取物体过程中跳变的问题。

技术领域

本发明涉及虚拟现实技术领域，是一种针对虚拟现实系统中复杂运动约束下物体抓取交互方法。

背景技术

目前虚拟现实系统的应用中，无论是游戏系统还是行业专业系统，包括样机原理演示、工程设计或验证、培训等，使用最多的虚拟现实硬件配置是：带位置和姿态跟踪的虚拟现实头盔、操作手柄或数据手套。用户佩戴虚拟现实头盔，手持操作手柄或数据手套，控制虚拟环境中的物体，该虚拟物体作为用户在虚拟环境中的代理，再与虚拟环境中其他物体相互作用。虚拟环境中用户代理(本发明以虚拟手为用户代理进行描述)由现实世界用户的跟踪定位数据实时驱动。由于用户佩戴虚拟现实头盔，根据眼睛观察到的虚拟场景图像，控制操作手柄或数据手套移动，去操作虚拟环境中的物体。在这过程中现实世界用户手部移动不受虚拟环境存在的约束限制。当用户抓取并移动被限制在一定范围内可活动的物体时，如果处理不当，被操作物体会出现如下两个不符合现实物理规律的现象：1)虚拟手随着用户手部移动，使被虚拟手抓取的物体穿越限制；2)虚拟手抓取物体的瞬间，虚拟物体突然跳变到虚拟手上，导致抓取过程跳变，不连续。这两点都不符合现实世界操作物体过程中物理规律。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种针对虚拟现实系统中复杂运动约束下物体抓取交互方法。该发明主要针对虚拟环境中受约束物体活动范围建立多个限制触发器与一个状态触发器，设置约束运动的障碍物。如果物体在状态触发器内，表示处于运动约束状态；如果物体处于约束状态，在活动范围内移动且碰到某个限制触发器时，根据运动趋势判断，物体在下一帧继续碰到该限制触发器，那么当前虚拟物体不能再继续往前运动，其运动状态不变，同时抓住虚拟物体的虚拟手也不能跟随现实世界用户手部移动，而保持虚拟手抓住虚拟物体的连续状态，这样保证了交互操作仿真效果符合现实世界手抓取物体操作的运动关系。此时如果用户继续向运动趋势方向移动操作手柄，通过操作手柄的振动功能提醒用户虚拟手的运动已被限制，随着距离增大，振动幅度和频率变大，移动距离达到某个值时，虚拟手与虚拟物体断开。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种在虚拟现实中复杂运动约束下物体抓取交互方法，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。

优选的，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。