虛擬現(xiàn)實(shí)(VR)與數(shù)據(jù)手套的研究

    2. 1　數(shù)據(jù)手套實(shí)現(xiàn)的一般基理

    數(shù)據(jù)手套是虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的重要組成部分,是一種通用的人機(jī)接口,其直接目的在于實(shí)時獲取人手的動作姿態(tài),以便在虛擬環(huán)境中再現(xiàn)人手動作,達(dá)到理想的人機(jī)交互目的。

    數(shù)據(jù)手套實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵在于手掌、手指及手腕的各個有效部位的彎曲、外展等測量以及在此基礎(chǔ)上的姿態(tài)的反演。完成反演主要取決于人體手部姿態(tài)的建模,最根本的就是,確定傳感器測量數(shù)據(jù)和手部各關(guān)節(jié)運(yùn)動姿態(tài)的對應(yīng)關(guān)系。

    對一個具體的數(shù)據(jù)手套應(yīng)用過程,可設(shè)由手部各彎角組成的向量f = ( f1 , f2 , ⋯, fn )與對應(yīng)傳感器示數(shù)組成的向量d = ( d1 , d2 , ⋯, dn ) 。顯然f和d之間存在著強(qiáng)耦合的映射關(guān)系。數(shù)據(jù)手套的實(shí)現(xiàn)即是根據(jù)示數(shù)向量d, 找出原映射關(guān)系的逆映射,從而反演出手部各部位的姿態(tài)。

    手部軟組織的存在,是人手和機(jī)械手區(qū)別的主要差異,使得人手無法和普通的剛性桿鉸鏈相比,這就加大了問題求解的復(fù)雜性。手部某一關(guān)節(jié)的運(yùn)動,不僅會作用于對應(yīng)的傳感器的示數(shù)發(fā)生變化,而且通過軟組織的相互作用,使其他的傳感器示數(shù)也發(fā)生變化。如果要求保證一定的精度,必須對求得的逆映射進(jìn)行解耦計(jì)算。

    由于數(shù)據(jù)手套的傳感器數(shù)目較多,而且響應(yīng)的標(biāo)定和解耦計(jì)算十分復(fù)雜,進(jìn)行實(shí)時處理時困難較大,因此,目前數(shù)據(jù)手套的發(fā)展與應(yīng)用只是處于初級階段,還不十分成熟。