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《哈尔滨工业大学》 2010年
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基于触觉反馈的曲面造型方法及程序设计

郑冬梅  
【摘要】: 虚拟现实技术的发展激励了相关领域的变革与进步,触觉反馈可以有效提高用户在虚拟环境下的沉浸感。本文将虚拟现实技术与计算机辅助设计相结合,基于OpenGL图形库和OpenHaptics软件开发包建立基于触觉反馈的曲面造型系统,为传统设计方法注入了新的活力。 首先,建立基于质点弹簧网格系统的曲面力学模型,并对于网格中离散的质点进行三角面片和NURBS曲面拟合,然后对质点系统进行外力作用下的动力学分析,采用欧拉方法求解系统的动力学常微分方程,得到曲面在外力作用下的动态变形过程。 其次,讨论基于代理点的虚拟环境下触觉反馈实现机制;分析触觉/图形双输出系统的硬件组成及软件开发工具;从操作便捷性及计算机辅助造型设计功能需求出发,基于窗口菜单指示模式,利用OpenGL的应用工具包GLUT库函数,设计及构建造型系统人机交互操作界面。 再次,基于触觉反馈设备配套开发包OpenHaptics的高级接口库HLAPI,结合OpenGL相关图形渲染技术,实现图形与力的同步实时输出,建立基本的图形/触觉双通道反馈系统;在对传统图形系统操作模式研究与继承的基础上,构建基于PHANTOM Omni触觉反馈设备的造型系统人机交互操作模式。 最后,通过强制重置质点弹簧系统的动力学模型,同时保留曲面变形后几何状态的方法实现曲面塑性变形,即对变形后曲面手动重建能量为零的平衡态质点弹簧网格模型;利用OpenGL图形库或QuickHaptics快速编程接口构建有造型语义的虚拟造型工具来表征交互操作点;并通过基于触觉反馈的曲面造型实例检验和改进造型系统;探讨触觉造型系统在产品开发流程中的积极作用。
【学位授予单位】:哈尔滨工业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TP391.9

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