[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

说明书

本发明公开了一种基于凸集分解算法的虚拟人机交互控制方法，包括虚拟手的建模仿真过程、利用虚拟交互的凸集分解算法对于虚拟手和零部件之间的碰撞、穿透、抓取、拖放判断过程和基于数据手套的交互式虚拟维修过程，对于虚拟手与和零部件之间的碰撞、穿透、抓取、过程应用凸集分解算法进行判断，加快碰撞检测、虚拟手抓取及移动零部件的速度，使得整个模拟维修过程的仿真过程中画面流畅，没有迟滞现象发生，在虚拟维修过程中具有很强的可行性和有效性；而且虚拟手对变速箱进行拆卸维修过程，可使维修人员更好的了解变速箱组成及其内部结构，优化了虚拟手抓取规则，突破了虚拟环境下沉浸式虚拟维修人机，因此，本发明具有实用性高、操作性好的特点。

方法领域

本发明涉及虚拟图像处理、模式识别等领域，尤其涉及一种基于凸集分解算法的虚拟人机交互控制方法。

背景方法

随着计算机方法的发展应用，虚拟现实方法得到了极大的发展，并开始在维修训练方面应用，从20世纪80年代起，发达国家都十分重视虚拟维修训练系统建设，欧盟为推动信息方法的发展，在1983-1998年间开展了ESPRIT计划，15年处于欧洲信息方法研究与开发的前列，共实施了1000多个研究开发项目和900多项辅助行动，产生了巨大的成效和影响；美军80％以上的主战装备均不同程度地采用了虚拟维修训练，各种类型的故障诊断和维修训练专家系统已用于美国F-16战斗机、B-2B轰炸机、海军舰艇、陆军军械装备等在役装备的故障诊断和维修训练中；采用虚拟维修训练后，训练经费可以节省40％以上，时间节省30％左右，与现有的维修训练方法手段相比，费效优势明显，虚拟维修训练已经成为一个非常有潜力和应用前景的方法领域；

我国自1996年开始，在863计划的资助下，以北京航空航天大学计算机系为系统集成单位，国防科技大学、装甲兵工程学院、中科院软件所、浙江大学、北航仿真所和解放军测绘学院等单位为关键方法研究单位，开展了分布式虚拟战场环境DVENET(DistributedVirtual Environment NET work)的研究开发工作，相比外国发达国家，我国在虚拟维修训练方面起步较晚，发展较快；

现有的虚拟维修训练系统大致分为沉浸式、非沉浸式和增强型三类，其中沉浸式虚拟维修训练系统利用典型的沉浸式虚拟现实外部设备，如头盔式显示器、数据手套、操作手柄等，把受训人员的视觉、听觉和其他感觉封闭起来，从而产生一种身临其境、全身心投入和沉浸其中的感觉，实验数据表明，虚拟现实方法的运用极大地方便了各种与飞机维修保障相关的研究活动的开展，并加深了参加训练的检测人员对于工效学相关因素对检测过程影响的理解，现有的沉浸式的虚拟维修是靠虚拟手来完成的，虚拟手操作可以通过OpenInventor软件平台实现，但是在虚拟维修过程中，针对碰撞检测难度大、虚拟手穿透限制、虚拟手的抓取与拖放难以控制、装备虚拟维修训练的实时性、沉浸感不强的关键问题难以解决。

发明内容

针对上述现有技术存在的缺陷，本发明的主要目的是提供一种基于凸集分解算法的虚拟人机交互控制方法，包括虚拟手的建模仿真过程、利用虚拟交互的凸集分解算法对于虚拟手和零部件之间的碰撞、穿透、抓取、拖放判断过程和基于数据手套的交互式虚拟维修过程，在虚拟手和零部件之间的碰撞、穿透、抓取、拖放判断过程应用凸集分解算法，加快了碰撞检测、虚拟手抓取及移动零部件的速度，使得整个模拟维修过程的仿真过程中画面比较流畅，没有迟滞停顿现象发生，在虚拟维修过程中具有很强的可行性和有效性。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种基于凸集分解算法的虚拟人机交互控制方法，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3DS MAX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；