[发明专利]一种基于凸集分解算法的虚拟人机交互控制方法

权利要求书

1.一种基于凸集分解算法的虚拟人机交互控制方法，其特征在于，所述的虚拟人机交互控制方法包括：

S1：虚拟手的建模仿真过程，利用3DSMAX软件、VC++和Open Inventor图形接口软件建立虚拟手的模型；

S2：利用虚拟交互的凸集分解算法对S1建立的虚拟手模型和零部件之间的碰撞、穿透、抓取和拖放关系的判断；

步骤S2所述的虚拟交互的凸集分解算法包括：面向对象的基于凸集面片的AABB层次包围盒碰撞检测算法、基于凸集面片的虚拟手穿透限制算法、虚拟手的抓取和拖放操作算法；

所述的基于凸集面片的AABB层次包围盒碰撞检测算法的具体判断步骤为：

1)设当前虚拟手的包围盒为h_a，零部件的包围盒为h_b，将虚拟手的造型和三维零部件均分解成凸集面片的集合，设虚拟手的面片数为N_a，凸集面片数为N_a′；零部件的面片数为N_b，凸集面片数为N_b′(N_b′≤N_b)；

2)判断虚拟手的包围盒为h_a与零部件的包围盒为h_b是否相交，若相交，进行下一步判断，若不相交，进行下一个零部件的判断；

3)根据步骤2的判断结果，判断虚拟手的面片数为N_a与零部件的面片数为N_b是否相交，若相交，进行下一步判断，若不相交，进行下一个零部件的判断；

4)根据步骤3的判断结果，进一步判断虚拟手的凸集面片数为N_a^′与零部件的凸集面片数为N_b′是否相交，若相交，记录发生碰撞的零部件、发生碰撞的凸面和凸面片的集合，若不相交，进行下一个零部件的判断；其中：N_a′≤N_a，N_b′≤N_b，N_a′≤N_a≤h_a，N_b′≤N_b≤h_b；

所述的基于凸集面片的虚拟手穿透限制算法的具体判断步骤为：

1)将虚拟手和零部件投影在三维坐标系中，设虚拟手的手指为F(x_f，y_f，z_f)，零部件面片为T，虚拟手的手指F(x_f，y_f，z_f)与零部件面片T的接触点为P，P点处三角面片的法线方向为n(n_x、n_y、n_z)，n的反方向为物体的内部，n_x、n_y、n_z为n在X，Y，Z三坐标轴上的投影；

2)判断虚拟手的手指F在运动方向的三个分量x_f，y_f，z_f与P点处三角面片的法线方向为n的三个对应分量n_x、n_y、n_z是否具有相同的方向：

a.x_f，y_f，z_f与n_x、n_y、n_z具有相同的方向，即虚拟手没有接触或穿透物体，此时虚拟手的颜色不变化；

b.x_f，y_f，z_f与n_x、n_y、n_z三个分量之一具有相反的方向，虚拟手处于抓取接触状态，虚拟手的颜色变为绿色；

所述的虚拟手的抓取和拖放操作算法的具体判断步骤为：

1)读取虚拟手在场景中的数据信息；

2)利用基于凸集面片的AABB层次包围盒碰撞检测算法判断虚拟手与零部件是否发生相交，若相交，进行下一步判断，若不相交，调整虚拟手的位置和姿态；

3)根据步骤2判断结果，进一步判断虚拟手是否符合抓取条件，若符合抓取条件，进行下一步判断，若不符合抓取条件，调整虚拟手的位置和姿态；

4)根据步骤3判断结果，控制虚拟手对零部件进行抓取和拖放操作，从而进行维修；

其中：在虚拟手进行抓取和拖放操作过程中，必须有两个或两个以上的手指与零部件相接触，并且其中一个必须为大拇指；虚拟手指与零部件接触面的法线方向的夹角大于给定值；要实现虚拟手对零部件的抓取，手和物体的两个接触点的法线方向的夹角必须大于临界值；

S3：经S2对虚拟手模型和零部件之间的关系判断后，进行基于数据手套的交互式虚拟维修过程。