VR环境下的虚拟手自然交互方法研究

黄培德，王 琳，萧 筝，盛步云

（武汉理工大学，机电工程学院，湖北 武汉 430070）

1 引言

近年来，虚拟现实（Virtual Reality，VR）技术已成为计算机图形学（Computer Graphics，CG）中研究最为火热的领域。虚拟现实为操作者提供高度沉浸式人机交互体验感的特点，使得其广泛应用于虚拟仿真领域，尤其是技术含量较高、样机制造成本较高、危险性较高的制造型岗位，为相关操作人员提供虚拟环境下的教学培训（如大型设备虚拟装配、高精密焊接等）。在虚拟仿真过程中，主要的研究领域之一是开发虚拟手与虚拟物体的自然交互技术。操作者的手部信息往往被采集，并映射到虚拟环境中所创建的虚拟手，使手部所产生的动作与虚拟物体进行交互。诸如数据手套、Microsoft Kinect或Leap Motion等设备均可以实现对人手位姿数据进行动态采集，并在虚拟环境中实时映射为虚拟手的空间位姿。

目前，对于虚拟环境中虚拟手的交互主要集中在虚拟手抓取技术的研究。在虚拟手抓取交互中，抓取方法可以分为基于启发式的抓取方法和基于物理的抓取方法两类。前者是先根据被抓取物体的几何形状进行分类，然后根据分类制定相应的抓取策略，文献[1]中提出了一种在虚拟现实中将手的姿势与力反馈数据手套进行结合的方法，根据手的不同姿势以及力反馈手套的响应；文献[2]针对不同的机械零件类型，对装配中的抓取手势进行分类定义，并给出手势识别算法，文献[3]利用物体形状特征和手指抓握的接触关系制定抓取规则，实现适应物体形状的启发式抓取。……