大型模擬模擬多通道虛擬現實系統

大型模擬模擬多通道虛擬現實系統

簡介

虛擬現實系統開發的重點是給使用者帶來沉浸感,透過提供立體視覺化將使用者置身於一個虛擬環境中,但由於一些程式中使用者與虛擬環境的互動沒有完整的觸覺反饋系統,只強調視覺上的感知,缺乏使用者與虛擬環境的互動功能,結果達不到使用者的操作預期,由於這種缺陷使用者需要不斷地訓練、學習沒有觸覺反饋情況下的操作。

大型模擬模擬多通道虛擬現實系統

圖1:(左)室內虛擬現實示意圖(右)使用虛擬現實系統

目前一個大型虛擬現實系統的不僅要有視覺上的沉浸感,還要有觸覺上的反饋,這樣虛擬環境中所有必要的互動控制資訊就可以被創建出來,此外,在大規模平行計算機系統的支援下,視覺和觸覺上覆雜的物理現象可以實時的模擬出來,

系統架構

如圖2,系統結果分為四個元件型別,系統的主要元件是計算單元,此元件負責處理來自輸入裝置的資料,還負責將座標資訊傳到給其他元件,如所需的複雜場景模擬資料以及分散式高負載觸覺互動資訊,因此,計算元件被分成三個子元件分別執行不同的物理模擬任務,中央單元是控制整個資料流高效能工作站,另外兩個元件HPC和GPU叢集協助工作站出來高負載計算資料。

大型模擬模擬多通道虛擬現實系統

圖2

觸覺裝置

大型模擬模擬多通道虛擬現實系統

圖3

我們使用六自由度的Inca6D力反饋裝置,它非常適合用於建立大型虛擬環境,透過一個被稱為末端執行器的裝置將力和扭矩傳給使用者,這個裝置附屬於一個由鋼纜組成的滑輪系統,可以在不同的末端執行器之間互動基於模擬的需求。末端執行器的鋼纜由支撐框架8個角落的馬達控制,在我們的設定中,我們使用的HAPTION末端執行器非常適合我們的需求,末端執行器可以抓取虛擬目標,另一個可能的設定如圖4(左)所示,將末端執行器作為一個腕帶使用,系統可以和資料手套(Cyberglove)圖4(右)一塊使用,從而可以完成完整的抓取動作,在這種情況下INCA對手腕施加反饋力,結合資料手套可以接觸控制一個完整的手部模型。

大型模擬模擬多通道虛擬現實系統

圖4

系統使用很細的鋼纜,其對投影的影響降很最低,這是非常重要的,在我們的案例中,由於空間限制不能採用背投(用於視覺化),在我們當前的設定中平均身高1。8米的使用者在其中工作,幾乎沒有任何阻礙。如圖1右側所示