董露杰(學號：201620501008)作業(yè)2

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VirtualRealityTechnology

（虛擬現實技術）

簡稱：VR姓名：董露杰學號：201520501008學院：機械與自動控制學院專業(yè)：機械工程第1篇VirtualRealitySimulatorForRoboticsLearning用于機器人學習的虛擬現實仿真

一、研究介紹本文研究的總體目標是通過創(chuàng)建由三菱MovemasterRV-M1機器人操作的虛擬模擬器，測試虛擬現實技術的影響及潛在效益。本文研究的目的是在一個虛擬的環(huán)境中，通過增加學生的互動性與機器人的功能，開發(fā)游戲引擎Unity和虛擬可視化的OculusRift頭盔。通過使用虛擬模擬器，主要是允許離線編程的設備，使得現場操作時間減少。這給一些大學或機械工業(yè)有限公司的學生，提供一種學習與實踐的途徑，在有關工業(yè)自動化及機器人仿真主題方面不受限制。設計虛擬仿真器的目的是通過展現一個完整的虛擬環(huán)境（根據真實模型的參數和規(guī)格，機器人臂的三維模型可以直觀顯示和編程）減少學生的學習曲線。二、重點介紹：本文研究方法本文研究中實現的方法是基于子系統(tǒng)，包括輸入級、處理單元和輸出級。每個階段之間的通信所示圖1（系統(tǒng)方框圖）。1.系統(tǒng)組件硬件：虛擬現實眼鏡、雷蛇Hydra操縱桿、三菱movemasterRV-M1機器人。軟件：OculusSDK、SixenseSDK、Denford機器人通信、Unity3D、Sketch-UpandBlender。Unity資產：Takohi逆運動學、APEX游戲工具。2.處理分析如圖2（a：現實世界的三菱movemasterRV-M1）（b：3D模型）3.

OculusRift設置4.

OculusRift用戶界面5.RazerHydra的六感SDK集成6.Unity3D中編程虛擬模式（1）分配給機器人每個部分不同的游戲對象、進行單獨地規(guī)模調整到0.3。（2）在現實世界的機器人中，根據DOF構件的三維順序，嵌入每個游戲對象。三、研究結果圖6：實現兩點之間尋路三、研究結果圖7：虛擬環(huán)境的測試場景三、研究結果圖8：工程學生完成實驗三、研究結果圖9：工程學生測試虛擬現實模擬器第2篇AnAffectiveInteractionSystemtoLearnAboutPhysiologicalSignals一個關于生理信號的情感互動系統(tǒng)

一、研究介紹本文研究了一個基于虛擬現實的實驗室實驗，使學生理解情緒對我們身體的影響。研究的系統(tǒng)，使用頭戴式顯示器和低成本身體傳感器，分別創(chuàng)建一個沉浸式場景、收集一組相關的生物信號。。實驗過程中，學生遵循一個預定義的數據收集協議，他們被安排在一個虛擬場景中，其目的是誘導其產生特定的感覺和情緒。最后，所獲得的數據交給學生作為圖解，他/她被要求將他們與經驗的感覺或情緒聯系起來。二、生理信號1.皮膚電活動圖1（濾波后的電活動信號）。二、生理信號2.心電圖圖2（過濾后標準的心電信號）。二、生理信號3.體溫圖3（濾波的呼吸速率信號）。二、生理信號4.身體加速圖4（濾波的身體加速信號）。三、利用情感互動誘導測量的生理變化1.刺激應用的發(fā)展過程圖5（角色表演蹲）。三、利用情感互動誘導測量的生理變化假設：情景1圖6（禪園）。三、利用情感互動誘導測量的生理變化假設：情景2圖7（駕駛模擬器）。三、利用情感互動誘導測量的生理變化假設：情景3圖8（鬧鬼的房子）。三、利用情感互動誘導測量的生理變化2.實驗裝置圖9（傳感器和頭戴式顯示器位置）。四、研究重點：實驗的描述表1（實驗過程）。四、研究重點：實驗的描述圖10（學生執(zhí)行一系列蹲信號）。第3篇IntuitiveVisualTeleoperationforUGVsUsingFree-LookAugmentedRealityDisplays使用增強現實顯示器直觀視覺遙控UGVs

一、研究介紹本文方法是用直觀的人機界面視覺遙控操作無人搬運車（UGVs），充分使用結合虛擬現實頭盔顯示器OculusRift的球頭形相機。OculusRift配備慣性測量單元跟蹤操作者的頭部方向。本文研究了UGV上的HMD的硬件設備和軟件系統(tǒng)的方法。本文研究方法允許多視圖，即：在一個給定的任務中多個操作者可合作。增強了機器人的頭部球形圖像和方向信息。一批未受過訓練的用戶初步評價表明，HMD對于遙控UGVs提供了一個直觀的多視圖人機界面。

二、遙控操作機器人Barney——VR/AR硬件系統(tǒng)灰點瓢蟲5球形相機

二、VR/AR硬件系統(tǒng)的遙控操作機器人Barney

地面映射機器人Bar-Ney

二、VR/AR硬件系統(tǒng)的遙控操作機器人Barney

HMDOculusRiftDK1三、遙控UGVs軟件體系結構。紅色表示外部硬件，藍色表示程序。四、HMD整體（1）HMD控制軟件

瓢蟲圖形映射到——2D或3D坐標系

2D映射3D映射四、HMD整體（2）全景圖映射和HMD呈現——拼接圖像到全景圖像

Lady-bug5六個相機圖形拍攝——兩個圖像四、HMD整體（2）全景地圖和HMD呈現——拼接圖到全景圖

調整相機后的圖像四、HMD整體（2）全景地圖和HMD呈現——拼接圖像到全景圖像

全景圖像四、HMD整體（3）人工地平線指示器和視圖標記的呈現輸出圖五、實證評價（表）圖像捕獲格式和幀速率與可選的壓縮BARNEY第4篇Designofcollisiondetectionalgorithmsandforcefeedbackforavirtualrealitytraininginterventionoperationsystem虛擬現實訓練干預操作系統(tǒng)的碰撞檢測算法及力反饋的設計

一、研究介紹為給外科醫(yī)生提供滿足訓練觸覺的需要，本文研究了力反饋和碰撞檢測算法。本文設計了一個系統(tǒng)，包含三種力：力反饋粘性力，摩擦力和沖擊力。即：導管力和血液之間粘性力；導管之間摩擦力暗示著身體和血管的力；導管尖端則是力和血管之間的碰撞力。其次，本文研發(fā)了一種基于AABB包圍盒（軸向）的快速碰撞檢測算法的方法。通過這種方法，可以減少碰撞檢測時間，進行實時訓練。最后，本文設計了一個基于虛擬控制實驗的一些列。本文也在導管和血管之間的接觸力做了詳細分析，并結合碰撞檢測算法通過影像手柄計算操作者的接觸力和反饋。二、重點介紹：力反饋仿真結果快速部分碰撞檢測算法流程圖二、重點介紹：力反饋仿真結果

SensablePhantomOmni觸覺設備二、重點介紹：力反饋仿真結果推、拉、旋轉的幻影控制二、重點介紹：力反饋仿真結果幻影推拉控制的結果（Matlab處理）二、重點介紹：力反饋仿真結果幻影旋轉控制的結果（Matlab處理）二、重點介紹：力反饋仿真結果Phantom碰撞測試實驗二、重點介紹：力反饋仿真結果碰撞點提取結果（三個維度X，Y，Z）X軸（Matlab處理）二、重點介紹：力反饋仿真結果碰撞點提取結果（三個維度X，Y，Z）Y軸（Matlab處理）二、重點介紹：力反饋仿真結果碰撞點提取結果（三個維度X，Y，Z）Z軸（Matlab處理）二、重點介紹：力反饋仿真結果碰撞力模擬實驗數據（Matlab處理）二、重點介紹：力反饋仿真結果粘性力模擬實驗數據（Matlab處理）二、重點介紹：力反饋仿真結果總輸出力模擬實驗數據（Matlab處理）第5篇DevelopmentofaSoftwareforCoachingofParalympicSportShooting殘奧會運動射擊訓練軟件的研究

一、研究介紹本文研究了作為一種電腦游戲格式的虛擬環(huán)境的發(fā)展過程。使用包括圖像采集和處理技術的數字圖像分析系統(tǒng)，可輔助殘奧會射擊運動的訓練。圖像采集是由一個網絡攝像頭執(zhí)行；網絡攝像頭與以矩陣形式進行處理和圖像分析的軟件相互聯系；在游戲的屏幕內動態(tài)顯示結果。本文研究方法可以用Matlab進行編程；結合捕獲和圖像處理，創(chuàng)建一個能夠模擬殘奧會運動射擊練習的訓練工具；使用圖形界面提供