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大型模拟仿真多通道虚拟现实系统

文章来源: 作者: 发布时间:2017年03月31日 点击数: 字号:

简介

虚拟现实系统开发的重点是给用户带来沉浸感,通过提供立体可视化将用户置身于一个虚拟环境中,但由于一些程序中用户与虚拟环境的交互没有完整的触觉反馈系统,只强调视觉上的感知,缺乏用户与虚拟环境的交互功能,结果达不到用户的操作预期,由于这种缺陷用户需要不断地训练、学习没有触觉反馈情况下的操作。

 

 
图1:(左)室内虚拟现实示意图(右)使用虚拟现实系统

 

目前一个大型虚拟现实系统的不仅要有视觉上的沉浸感,还要有触觉上的反馈,这样虚拟环境中所有必要的交互控制信息就可以被创建出来,此外,在大规模并行计算机系统的支持下,视觉和触觉上复杂的物理现象可以实时的模拟出来,

系统架构

如图2,系统结果分为四个组件类型,系统的主要组件是计算单元,此组件负责处理来自输入设备的数据,还负责将坐标信息传到给其他组件,如所需的复杂场景模拟数据以及分布式高负载触觉交互信息,因此,计算组件被分成三个子组件分别执行不同的物理模拟任务,中央单元是控制整个数据流高性能工作站,另外两个组件HPC和GPU集群协助工作站出来高负载计算数据。

 

图2

 

触觉装置

 

图3

我们使用六自由度的Inca6D力反馈设备,它非常适合用于创建大型虚拟环境,通过一个被称为末端执行器的装置将力和扭矩传给用户,这个设备附属于一个由钢缆组成的滑轮系统,可以在不同的末端执行器之间交互基于仿真的需求。末端执行器的钢缆由支撑框架8个角落的马达控制,在我们的设置中,我们使用的HAPTION末端执行器非常适合我们的需求,末端执行器可以抓取虚拟目标,另一个可能的设置如图4(左)所示,将末端执行器作为一个腕带使用,系统可以和数据手套Cyberglove)图4(右)一块使用,从而可以完成完整的抓取动作,在这种情况下INCA对手腕施加反馈力,结合数据手套可以接触控制一个完整的手部模型。

 

图4

 

系统使用很细的钢缆,其对投影的影响降很最低,这是非常重要的,在我们的案例中,由于空间限制不能采用背投(用于可视化),在我们当前的设置中平均身高1.8米的用户在其中工作,几乎没有任何阻碍。如图1右侧所示。

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