[发明专利]适用于视触觉融合反馈的虚拟现实软件框架的实现方法

权利要求书

1.一种适用于视触觉融合反馈的虚拟现实软件框架的实现方法，所述软件框架包括视觉组件、触觉组件、硬件组件和核心管理组件，其特征在于，该实现方法具体如下：

S100，利用硬件组件将不同类型的硬件设备接入系统，利用视觉组件构建虚拟现实应用场景；

S200，实时获取用户的交互动作，将用户的交互动作映射到虚拟场景中，触觉组件执行碰撞检测，获取碰撞信息；

S300，触觉组件根据所述碰撞信息，判断用户虚拟化身与虚拟物体之间的接触类型：如果是单点接触，直接转到步骤S400；如果是多点接触，根据需求先执行接触约减，得到能够表征用户虚拟化身与虚拟物体之间接触特征的有效接触对后，再转到步骤S400；其中，所述执行接触约减包括：首先通过接触降维减少冗余接触，然后采用接触聚类方法减少需要处理的接触数量，进行大规模约束优化问题的求解，以建立多点接触的有效约束；

S400，触觉组件根据所述接触类型，以及用户虚拟化身与虚拟物体物理属性的不同采用不同的接触处理方案执行碰撞响应计算；其中，根据物理属性的不同将用户虚拟化身与虚拟物体的交互分为四类：刚性工具与刚性物体的交互、刚性工具与柔性物体的交互、柔性工具与刚性物体的交互以及柔性工具与柔性物体的交互；针对用户虚拟化身与虚拟物体物理属性的不同，采用以下方法来执行碰撞响应计算：当用户虚拟化身与虚拟物体均为刚性体时，建立两个对象之间的非穿透约束；当用户虚拟化身为刚性体、虚拟物体为柔性体时，在建立两个对象之间的非穿透约束时需要处理柔性虚拟物体的表面形变；当用户虚拟化身为柔性体、虚拟物体为刚性体时，在建立两个对象之间的非穿透约束时需要处理柔性虚拟化身的位移变化；当用户虚拟化身与虚拟物体均为柔性体时，在建立两个对象之间的非穿透约束时需要处理柔性虚拟化身的位移变化、两个柔性体的表面形变；

S500，根据碰撞响应计算的结果，视觉组件对虚拟场景的图形显示进行更新，与此同时在核心管理组件的协调下，力反馈设备通过硬件组件获取需要的力反馈信息并将其提供给用户，使用户获得视-触觉融合反馈的沉浸式体验。

2.根据权利要求1所述的一种适用于视触觉融合反馈的虚拟现实软件框架的实现方法，其特征在于，所述硬件组件包括接入和调度不同硬件设备所需的驱动程序，并将驱动程序封装为动态库，所述核心管理组件通过调用动态库动态加载硬件设备，通过统一的IO接口实现核心管理组件与硬件设备之间的读写操作。

3.根据权利要求1所述的一种适用于视触觉融合反馈的虚拟现实软件框架的实现方法，其特征在于，所述触觉组件包括力触觉合成算法。

4.根据权利要求3所述的一种适用于视触觉融合反馈的虚拟现实软件框架的实现方法，其特征在于，所述力触觉合成算法采用混合模型，用于模拟具有规则、平滑几何特征的物体以及具有复杂几何外形的物体；

所述力触觉合成算法采用混合模型包括，以层次化球树模型为主导，利用球树模型在执行接触处理步骤时的球体各向相同的性质，通过对比两个球体中心之间的距离和半径之和来确定碰撞信息，对于具有复杂几何外形的物体的模拟，采用具有细节表征能力的三角片网格模型来刻画具有尖锐几何特征的区域；

所述复杂几何外形的物体为具有尖锐几何特征的物体。

5.根据权利要求3所述的一种适用于视触觉融合反馈的虚拟现实软件框架的实现方法，其特征在于，所述力触觉合成算法从三个方面提高柔性对象的力触觉交互仿真的处理速度：接触约束的约减、有限元模拟的降维处理以及约束优化求解的并行处理。

6.根据权利要求1所述的一种适用于视触觉融合反馈的虚拟现实软件框架的实现方法，其特征在于，所述碰撞响应计算能得到用户虚拟化身与虚拟物体之间的接触力、用户虚拟化身的位姿配置以及虚拟物体的动态响应效果；

其中，所述虚拟物体的动态响应效果包括变形、位移和断裂。