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技術應用

虛擬現實視覺與力觸覺技術結合應用介紹

2021-12-14

VR視覺和力觸覺技術

    虛擬現實 VR技術

        ① 利用計算圖形圖像學構造虛擬世界;

        ② 虛擬場景中進行交互,達到身臨其境的效果。

    力觸覺 Haptics技術
         虛擬與真實世界中,通過虛擬數字信號及電機數字模擬信號雙向轉換,提供給人與虛擬環(huán)境中的橋梁。俗稱:“摸得到”。?


    1、意義
        1)、力觸覺技術的出現提供了一種新型的人機交互體驗,它支持用戶通過力反饋設備感受計算機虛擬環(huán)境中的物體運動和力覺信息,是一種新型的教育教學手段。
        2)、力觸覺技術在教育教學中的應用呈現教育教學層次多樣化、教育教學領域多樣化和教育教學方式多樣化的特點
        3)、力觸覺技術和教學內容相結合,既可以活躍課堂的學習氛圍,又可以激發(fā)學生的學習興趣。此外,力觸覺技術擴展了用戶的人機交互方式,有助于用戶手眼協調能力的提高,在教育領域應用前景廣闊。
    2、定義
        力觸覺技術是指在人機交互過程中,計算機對用戶的輸入做出響應,并通過力反饋設備作用于用戶的過程。它是一種機械裝置表現出來的反作用力,將力反饋設備與環(huán)境中物體交互的信息轉化成用戶能夠感知的力的效果,如觸碰物體的阻力、舉起物體的重力和“觸摸”物體表面的摩擦力。
        力觸覺技術結合其他的虛擬現實技術,使用戶在交互過程中不僅能夠通過視、聽覺通道獲取信息,還能夠通過觸覺通道感受模擬現實世界力覺交互的“觸感”。因此,力反饋技術的引入,使交互體驗更加自然、真實。
    3、VR+觸覺創(chuàng)新教學
        1)、可以在高度準確和專業(yè)的領域提高技能,而不需要使用傳統(tǒng)顯示實驗室,并面對實體解剖的費用和后勤挑戰(zhàn)。
        2)、可以實時顯示操作過程中的數據,如力度、角度等。
        3)、包含教學、實訓、考核完整流程。外科醫(yī)生可以創(chuàng)建高頻運動技能互動,在一個 “安全失敗”的環(huán)境中建立肌肉記憶。
        4)、軟件配套二次開發(fā)SDK,可擴展性強。內容不斷更新,具備VR實驗教學全部應用。
        5)、力觸覺技術的出現提供了一種新型的人機交互體驗,它支持用戶通過力反饋設備感受計算機虛擬環(huán)境中的物體運動和力覺信息,是一種新型的教育教學手段。
    4、看的到,摸到著,怎么實現的呢?
        通過通信接口,與其他設備相連接,通過電機的牽引,帶動操控器運動,實現與其他設備的交互作用。通過對設備終端操控器的操作,能實現三維空間中對虛擬物體的操作。同時可以將系統(tǒng)中對作用力的仿真實時的轉化成對實際力的反饋,并可以通過其他方式對其進行相應的轉化,從而改變力輸出的模式。

    5、應用方向
        臨床醫(yī)學虛擬教學培訓
        西醫(yī)方面的虛擬醫(yī)療教學培訓系統(tǒng),如虛擬骨科手術,腹腔鏡教學培訓,虛擬穿刺技術等

  

        虛擬中醫(yī)針灸仿真教學
        中國傳統(tǒng)中醫(yī),針刺手法教學,虛擬危險性穴位操作教學,虛擬循穴練習等

        虛擬口腔教學
        口腔學模擬操作,牙齒種植培訓等


        虛擬材質檢測技術
        服裝專業(yè):如衣服材料認知

  


        醫(yī)療手術機器人模擬器
        手術機器人模擬教學,如達芬奇手術機器人模擬器

  


        虛擬機械拆裝裝配
        精密機械拆裝人機工效學,如誤差碰撞分析,虛擬零部件裝配等

        更多行業(yè)應用:



      6、中醫(yī)針灸培訓
        中醫(yī)針灸觸覺仿真教學實訓系統(tǒng)
        基于虛擬仿真觸覺技術的技能培訓是目前的一個主流教學發(fā)展方向。傳統(tǒng)的針刺教學過程中,學員需要經過一定次數的實操練習才能掌握穴位的位置、穴位皮下組成、行針角度、行針力度,速度等信息;現在借助虛擬仿真觸覺技術手段,在學習過程中,即可在虛擬場景中認知穴位及行針相關基礎信息,為學員實操打定堅實基礎。根據傳統(tǒng)針刺醫(yī)學理論的特點和教學需求,建立數字仿真人體穴位模型,設計虛擬針刺觸覺仿真教學系統(tǒng),使其運用于針刺的教學實訓,為針刺教學提供一種更直觀的反映動態(tài)過程的電子解剖學手段。

    7、市場現狀
        目前國內虛擬現實行業(yè)主要有以下幾點:
        1),視覺技術為主,采用U3D及UE4開發(fā)平臺做底層開發(fā)工具。
        2),以做虛擬仿真內容制作,硬件無持續(xù)力觸覺感覺,僅僅有振動。當前一代的VR控制器在使用時用戶“感覺”虛擬對象方面受到很大限制。
        3),有部分研究機構公司及實驗室已經開始介入力觸覺技術研發(fā)工作,但都是采用國外數據引擎工具及實驗室自主底層編寫而成,無法形成有效的通用性。
        4),多數公司產品都是處于研究課題研究中的某一個部分,比如虛擬現實技術研究,機器人控制研究,力反饋設備操作研究等僅僅是對某項技術單一方面的研究。而針對觸覺交互,觸覺渲染碰撞檢測,計算機視覺整體形成一套產品的不多。
        5),力觸覺技術沒有形成行業(yè),大多公司及院校處于觀望狀態(tài)。行業(yè)內缺少引領行業(yè)發(fā)展企業(yè)及組織機構,市場不活躍,項目少且落地困難。

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