可溶性液体的真实感触觉交互研究

马 ,

(天津大学 计算机科学与技术学院,天津 300350)

0 概述

随着虚拟现实(Virtual Reality,VR)技术的发展,触觉交互受到了广泛的关注。在触觉交互中,实时的触觉力计算,也称为触觉渲染,是一个开放并且活跃的领域,如图像处理[1]、虚拟手术[2]、场景模拟[3]等。其中可溶性液体的触觉交互一直是研究的热点。例如,在VR游戏中,当用户扮演魔法师将各类药剂混合在一起时,如果能将药剂混合时的触觉力实时地反馈给用户,那么将会很大程度地提高VR游戏的真实感,从而提升用户体验。

在触觉交互中,常常通过代理(代理是与液体交互的物体,通过虚拟耦合机制与触觉设备相耦合)与可溶性液体进行交互。目前,可溶性液体的触觉渲染方法主要分为2类。一类是网格方法[4],使用网格中液体所占的权重表示混合液体分布,通过液体权重的变化计算触觉力。这种方法虽然可以实现可溶性液体触觉力的计算,但是精确度受网格大小影响。如果要求高精度的模拟,则需要很精细的网格,从而导致算法效率的下降。另一类方法是光滑粒子流体动力学(Smoothed Particle Hydrodynamics,SPH)方法[5],该方法使用混合粒子模拟可溶性液体。混合粒子是一种混合模型,混合粒子中体积分数的变化表示可溶性液体中液体分布的变化。通过计算代理的粘滞力和压力,求得最终的触觉力。这种方法较好地模拟了可溶性液体触觉交互,但仍然存在不稳定和不真实的现象。文献[5]通过修改核函数,使得触觉力不稳定的问题得到了一定的改善,但在代理粒子周围混合粒子不足的情况下,触觉力不稳定的现象并没有得到很好的解决。……