VR环境下基于Leap Motion的三维模型空间位姿自适应调整方法

包文运 胡建垠 黄培德 盛步云 宋 寅

1(大唐环境产业集团股份有限公司特许经营分公司 江苏 南京 210000) 2(武汉理工大学 湖北 武汉 430070) 3(襄阳五二五泵业有限公司 湖北 襄阳 441004)

0 引 言

虚拟现实(Virtual Reality, VR)作为计算机图形学(Computer Graphics, CG)中最为火热的研究领域，目前广泛应用于交互式仿真培训，尤其是在高危险、高技术含量的工程领域，为专业技术人员的实际上岗操作提供逼真的沉浸式虚拟现实环境下的教学培训(如高精密机械设备装配、高压电力装备维修等)。该领域的核心为研究虚拟手与三维模型的自然交互技术，即通过相关体验设备采集手部实时数据，并将其映射到VR环境中所创建的虚拟手模型，使虚拟手位姿与其所交互的三维模型位姿实现实时精确同步，且交互过程须满足基本物理学原理，增强人机交互过程的沉浸感与真实感。目前，针对虚拟手与三维模型的自然交互技术研究大致可分为两类：基于物理学原理的交互方法和基于启发式的交互方法。

基于物理学原理的交互方法的核心思想是基于牛顿动力学的基本定律，以抓取对象是否受力平衡和虚拟手的手指接触面的摩擦来判断能否抓取，其实现原理是利用库伦摩擦力模型分析物体的受力状态。文献[1]通过引入代理手来提供正确的视觉反馈，还用于对虚拟手和三维模型之间的动态交互过程进行仿真。但是该方法的计算复杂度较高，导致系统运行帧率较低。文献[2]研究了一种基于库仑摩擦模型的虚拟手交互方法。……