基于Virtools和5DT数据手套的手势仿真研究-论文.pdf

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1、科学技术与工程Vo1．15No．4Feb．2015第l5卷第4期2015年2月1671—1815(2015)04—0140—05ScienceTechnologyandEngineering④2015Sci．Tech．Engrg．基于Virtools和5DT数据手套的手势仿真研究张志纯杨晓文况立群韩燮(中北大学计算机与控制工程学院，太原030051)摘要基于数据手套的手势仿真是人机交互研究中的重要内容。首先，采用网格曲面的方法建立了虚拟手的几何模型，解决了简单几何体建模出现的指节断裂现象；其次，为了保证运动映射的精确度，建立了虚拟手的运动模型，针对虚拟手外展时的失真现象，提

2、出了约束值的方法；最后，基于Virtools开发平台，使用数据手套的SDK开发了数据采集模块并给出了具体的方法，编写了手势仿真的脚本程序。实验结果表明，该方法较好地解决了仿真手势的失真问题。关键词5DT网格曲面运动模型约束值VMools中图法分类号TP391．93；文献标志码A随着虚拟现实技术的出现和不断发展，传统的的光电传感器，其传感器分布如图1所示。人机交互(如：鼠标、键盘)，无论是在真实感还是在效率上，都已经不能满足人们的需要。数据手套作为虚拟现实中出现的一种重要的人机交互设备，可以实时的测量手指关节的姿态信息，并将测量数据传递给虚拟手，从而控制虚拟手完成不同的手势。

3、这种以手为中心的人机交互方式，充分体现了手的重要性，增加了交互中的沉浸感和真实性，对于人机交互的研究具有很现实的意义。使用5DTDataGlove14Ultra数据手套，首先建图l5DT数据手套传感器分布立虚拟手的几何模型，针对简单几何体建模容易出Fig．15DTDataGlovesensordistribution现指节断裂的现象，采用网格曲面整体建模的方法，(1)每根手指上有2个传感器，用于测量手指再对模型进行分割；其次结合数据手套，对四指和拇的弯曲角度；指的运动模型进行了分析，针对虚拟手在外展运动(2)相邻两根手指根部的连接处有一个传感时产生的失真现象，提出了约束值的

4、方法，依照比例器，用于测量手指的外展角度。对手指的收展角度进行分配；最后以Vi~ools为开发1．2虚拟手的几何建模平台，利用VC++并结合数据手套的SDK开发了数传统的虚拟手模型采用简单几何体建模，将模据采集模块，通过编写BB脚本，实现了逼真手势的型看成由手掌和手指组成，手指由指段组成，并将它仿真们看做刚体，分别对虚拟手的各部分单独进行建1虚拟手的建模模j。真实情况下手的柔性与虚拟手的刚性有很大的差别，这样在手指做弯曲运动的过程中，刚体之1．15DT数据手套的介绍间的连接处会产生图2所示断裂现象，严重影响r5DTDataGlove14Ultra数据手套是5DT公司视觉效果

5、和手的逼真程度。开发的第二代高端数据手套，含有14个灵敏度很高针对上面出现的问题，使用3dsMax建模软件，采用网格曲面的建模方法，将虚拟手看作一个整体2014年4月28日收到国家自然科学基金(61379080)、国家科技支撑计划基金(2013BAH45F02)和进行建模。建模步骤如下：山西省回国留学人员资助项目(2013-078)资助(1)利用网格曲面建立虚拟手的外观几何第一作者简介：张志纯(1987一)，男，河北保定人，硕士研究生。研模型；究方向：虚拟现实。E—mail：zhangze8175@163．corn。(2)对虚拟手模型进行分割。依据真实人手的通信作者简介：况

6、立群(1976一)，男，副教授，硕士生导师。研究方形状，将虚拟手分割为五指和手掌，五指进一步分割向：计算机仿真与可视化。成指节，并且对指节添加关节。4期『j长忐纯，等：丛fVi,’tnnls和5DT数据于套的手势仿真研究14行如下运动建模：1．3．1对拇指进行运动建模大拇指的结构不同于四指，具有两个指节，其运动形式比四指更加灵活，运动建模稍显复杂在运、、、动时，人拇指的指掌关节可以做屈／伸、内收／外展炳、、＼、种运动，指端关节可以做屈／伸运动。需要强调，拇～、．＼，指掌骨也可做外展运动，并附带有一个绕Y轴的旋转角度0，由文献[5]中的方法，0取30。．拇指关I1J；f}I1

7、J1{『的运动对应表1。2火节断裂，J恿图表1拇指关节运动对应表¨lg．2rheschemati(’ofjointfra(。tureTable1Thumbjointmotontable缱好的虚拟于整体由六千多个网格构成(如图3)，小影响逼真度的前提下，可以使用3dsMax对网格进行删减。此时建好的模型贴一【手部纹理，已经很好地满足了对于精细度的要求，效果逼真。依据拇指的结构特点，对拇指进-77~N5所示1．3虚拟手的运动建模的运动建模。人手指的运动有屈／具体的拇指运动描述仲、内收／外腱两种形式，如下：这两种形式ur