虚拟柔性体实时形变仿真模型研究.pdfVIP

2012年 7月 计算机工程与设计 July2012 第 33卷 第 7期 COMPUTERENGINEERING ANDDESIGN Vo1．33 No．7 虚拟柔性体实时形变仿真模型研究 方艳红 。，吴 斌。，杨正宜。 (1．中国工程物理研究院研究生部，四川 绵阳621900；2．西南科技大学 信息工程学院，四川 绵阳621010；3．澳大利亚昆士兰澳大利亚布里斯班桑塔卢西亚区昆士兰大学先进成像 中心， 澳大利亚 布里斯班 4072) 摘 要：为了在虚拟现实柔性体力触觉交互研究中得到稳定、连续、真实的力触感，提出一种基于球面调和函数表达的虚 拟柔性体实时形变仿真模型，利用球面调和函数的正交归一、旋转不变、多尺度等特性实现物体的快速准确表达。在变形 体的密度、杨氏模量、泊松比等参数 已知的情况下，基于径向基函数神经网络模型预测柔性体受力形变后的SH模型。仿 真结果表明，该方法不仅可以准确表达柔性体的实时形变，而且使得基于SH表达的柔性体形变的视觉刷新描述与柔性体 反馈力的触觉刷新描述同步，从而满足虚拟手术仿真训练等虚拟柔性体力触觉交互研究要求。 关键词 ：虚拟现实；力触觉交互；球面调和函数 ；柔性体实时形变；径 向基函数网络 中图法分类号：TP391 文献标识号：A 文章编号：1000—7024(2012)07—273004 Studyonareal—timedeformationmodelofvirtualsoftobject FANG Yan-hong 。WU Bin 。YANG Zheng-yi。 (1．InstituteofElectronicEngineeringChinaAcademyofEngineeringPhysics，Mianyang621900，China；2．Collegeof InformationEngineering，SouthwestUniversityofScienceandTechnology，M ianyang621010，China；3．Centrefor AdvancedImaging，theUniversityofQueensland，StLucia，Brisbane，Queensland，Australia，Brisbane4072，Australia) Abstract：Toimprovethestability，continuityandaccuracyofflexibledefomr ationandcomputationalefficiencyinhapticrende- ring．Anovelapproachbasedonsphericalhamronic(SH)representationstosimulatethevirtualdefomrationofsoftobjectsis proposed．TheobjectsurfaceisrepresentedbySH，whichfeaturesoforthonomrality，rotationalinvariance，andmulti—resolu— tion．Giventhedensity，Young’Smodulus，andPoissonratiooftheobjectandtheappliedforce，thedeformedSHmodelsarees— timatedbyaradia1basisfunction(RBF)basedneuralnetworkmodel，whichiStrainedwithLeastmean-squareerror．Thesimu— lationresultsindicatethatthedefomr ationcouldbeaccuratelycalculatedusingtheproposedapproachandthecomputationaltime isacceptableforreal—timeapplicationsinmedicaleducationandtraining． Keywords：virtualreality；hapticinteraction；