虚拟现实(VR)与数据手套的研究

    2. 1　数据手套实现的一般基理

    数据手套是虚拟现实系统的重要组成部分,是一种通用的人机接口,其直接目的在于实时获取人手的动作姿态,以便在虚拟环境中再现人手动作,达到理想的人机交互目的。

    数据手套实现的关键在于手掌、手指及手腕的各个有效部位的弯曲、外展等测量以及在此基础上的姿态的反演。完成反演主要取决于人体手部姿态的建模,最根本的就是,确定传感器测量数据和手部各关节运动姿态的对应关系。

    对一个具体的数据手套应用过程,可设由手部各弯角组成的向量f = ( f1 , f2 , ⋯, fn )与对应传感器示数组成的向量d = ( d1 , d2 , ⋯, dn ) 。显然f和d之间存在着强耦合的映射关系。数据手套的实现即是根据示数向量d, 找出原映射关系的逆映射,从而反演出手部各部位的姿态。

    手部软组织的存在,是人手和机械手区别的主要差异,使得人手无法和普通的刚性杆铰链相比,这就加大了问题求解的复杂性。手部某一关节的运动,不仅会作用于对应的传感器的示数发生变化,而且通过软组织的相互作用,使其他的传感器示数也发生变化。如果要求保证一定的精度,必须对求得的逆映射进行解耦计算。

    由于数据手套的传感器数目较多,而且响应的标定和解耦计算十分复杂,进行实时处理时困难较大,因此,目前数据手套的发展与应用只是处于初级阶段,还不十分成熟。