[发明专利]一种双交互触点力触觉生成方法

摘要

本发明公开了一种双交互触点力触觉生成方法。运行两台力反馈设备，操作同一三维虚拟物体进行双交互触点操作，获得力触觉信息；检测交互触点与三维虚拟物体的碰撞得到碰撞点；在发生碰撞后，求得交互触点在三维虚拟物体三角面片上的可视点位置，实时计算得到接触的反馈力，并将接触的反馈力通过力反馈设备反馈给操作者，完成双交互触点交互的力触觉渲染。与传统单交互触点的力触觉感知交互相比，本发明可模拟两个手指的触摸动作，可对三维虚拟物体进行双交互触点操作，并获得操作过程中力触觉信息；分别进行力触觉渲染，生成逼真的力触觉，感知三维虚拟物体的力触觉属性。

主权项

一种双交互触点力触觉生成方法，其特征包括以下步骤：1)操作者运行两台力反馈设备，操作同一个三维虚拟物体，对三维虚拟物体进行双交互触点操作，获得操作过程中力触觉信息；2)检测力反馈设备的交互触点与三维虚拟物体的碰撞，得到碰撞点；3)在力反馈设备的交互触点与三维虚拟物体发生碰撞后，求得交互触点在三维虚拟物体三角面片上的可视点位置，在各个时间间隔下实时计算得到接触的反馈力，并将接触的反馈力通过力反馈设备反馈给操作者，从而完成双交互触点交互的力触觉渲染；将所述两个交互触点对三维虚拟物体的操作视为互斥操作，采用以下方式将两个交互触点单独依次对三维虚拟物体进行操作：先更新第一个交互触点对三维虚拟物体的操作后，再更新第二个交互触点和三维虚拟物体的操作，使得两个交互触点操作相同状态下的三维虚拟物体；在第二个交互触点结束操作三维虚拟物体时，将两个交互触点对三维虚拟物体的操作进行综合，对两个交互触点和三维虚拟物体的状态进行更新，实现两个交互触点同时操作三维虚拟物体；所述步骤3)的力触觉渲染根据两个交互触点与三维虚拟物体三角面片是否将碰撞，把两个交互触点的交互状态分为以下四种情况分：情况一：两个交互触点均不与三维虚拟物体三角面片碰撞，且两个交互触点之间也不发生碰撞，则两个交互触点的接触力均为0N；情况二：两个交互触点均不与三维虚拟物体三角面片碰撞，但两个交互触点之间发生碰撞；则采用基于虎克定律的依次单独计算方法得到两个交互触点之间的反馈力，作为交互触点的反馈力：情况三：两个交互触点分别与三维虚拟物体三角面片碰撞，但两个交互触点之间不发生碰撞；则运用God‑Object力触觉渲染方法分别求得两个交互触点各自的反馈力；情况四：两个交互触点均与三维虚拟物体三角面片碰撞，且两个交互触点之间也发生碰撞；则运用God‑Object力触觉渲染方法分别求得两个交互触点各自的反馈力，并采用基于虎克定律的依次单独计算方法得到两个交互触点之间的反馈力，最终两个交互触点的反馈力为两个交互触点各自的反馈力与两个交互触点之间的反馈力的合力；情况三具体是：将一个时间间隔内分成先后依次的时间段t1和t2：t1时间段进行第一交互触点的交互活动，P1为第一交互触点在t1时段开始时的位置，P2为第一交互触点在t1时段结束时的位置，第一交互触点从P1运动到P2的过程中与三维虚拟物体的三角面片发生碰撞，运用God‑Object得到可视点P3，连接可视点P2和可视点P3，得到刺穿深度进入t2时间段，进行第二交互触点的交互活动，Q1为第二交互触点在t2时段开始时的位置，Q2为第二交互触点在t2时段结束时的位置，第二交互触点从Q1运动到Q2的过程中会与物体表面三角面片发生碰撞，运用God‑Object得到可视点Q3，连接Q2和Q3，得到刺穿深度第一交互触点只受到表面对其的反馈力为第一交互触点所受的表面三角面片对其的法向支持力，k为碰撞表面三角面片的刚性系数，为第一交互触点所受的表面三角面片对其的切向力，μ为碰撞表面三角面片的摩擦系数；第二交互触点也只受到表面对其的反馈力为第二交互触点所受的表面三角面片对其的法向支持力，k为碰撞表面三角面片的刚性系数，为第二交互触点所受的表面三角面片对其的切向力，μ为碰撞表面三角面片的摩擦系数；情况四：一个时间间隔内，分成先后的时间段t1和t2；t1时间段，进行第一交互触点的交互活动，P1为第一交互触点在t1时段开始时的位置，P2为第一交互触点在t1时段结束时的位置，第一交互触点从P1运动到P2的过程中会与物体表面三角面片发生碰撞，运用God‑Object得到可视点P3，连接P2和P3，得到刺穿深度进入t2时间段，进行第二交互触点的交互活动，Q1为第二交互触点在t2时段开始时的位置，Q2为第二交互触点在t2时段结束时的位置，第二交互触点从Q1运动到Q2，的过程中会与物体表面三角面片发生碰撞，运用God‑Object得到可视点Q3，连接Q2和Q3，得到刺穿深度两个交互触点的反馈力为情况二和情况三的反馈力的合力，具体计算为：第一交互触点受到表面对其的反馈力为第一交互触点所受的表面三角面片对其的法向支持力，k为碰撞表面三角面片的刚性系数，为第一交互触点所受的表面三角面片对其的切向力，μ为碰撞表面三角面片的摩擦系数，第一交互触点还受到了第二交互触点对其的碰撞力第一交互触点所受反馈力的合力为第二交互触点受到表面对其的反馈力为第二交互触点所受的表面三角面片对其的法向支持力，k为碰撞表面三角面片的刚性系数，为第二交互触点所受的表面三角面片对其的切向力，μ为碰撞表面三角面片的摩擦系数，第二交互触点还受到了第一交互触点对其的碰撞力第二交互触点所受反馈力的合力为