熊　巍，王清輝，黃仲東，許晨旸

(華南理工大學(xué)設(shè)計(jì)學(xué)院，廣東 廣州 510641)

大型產(chǎn)品虛擬裝配環(huán)境的視點(diǎn)漫游技術(shù)

熊巍，王清輝，黃仲東，許晨旸

(華南理工大學(xué)設(shè)計(jì)學(xué)院，廣東 廣州 510641)

針對(duì)大型產(chǎn)品虛擬裝配環(huán)境中的場(chǎng)景漫游問(wèn)題，提出一種簡(jiǎn)單且高效的視點(diǎn)運(yùn)動(dòng)控制策略。以認(rèn)知心理學(xué)和人機(jī)工程學(xué)理論為指導(dǎo)，首先建立人手作業(yè)空間，然后對(duì)作業(yè)空間進(jìn)行功能劃分，分為對(duì)象操作區(qū)和視點(diǎn)漫游區(qū)，最后在功能分區(qū)的基礎(chǔ)上建立人手運(yùn)動(dòng)感知與視點(diǎn)運(yùn)動(dòng)控制的映射模型。通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明，操作者對(duì)大型產(chǎn)品進(jìn)行虛擬裝配的過(guò)程中，可以輕松地利用該方法實(shí)現(xiàn)場(chǎng)景漫游，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)虛擬環(huán)境中對(duì)象操作和場(chǎng)景漫游的無(wú)縫集成。

虛擬裝配；人機(jī)工程；運(yùn)動(dòng)感知；視點(diǎn)漫游

虛擬裝配(virtual assembly，VA)是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)(virtual reality，VR)在裝配領(lǐng)域的一項(xiàng)重要應(yīng)用[1]。設(shè)計(jì)人員在計(jì)算機(jī)生成的虛擬環(huán)境中，通過(guò)三維直接操作交互手段，對(duì)產(chǎn)品的數(shù)字化樣機(jī)進(jìn)行裝配，從而對(duì)產(chǎn)品的可裝配性作出直接評(píng)價(jià)。人機(jī)交互是虛擬裝配系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要考慮的重要因素，直接關(guān)系到產(chǎn)品裝配仿真過(guò)程中的交互效率和用戶體驗(yàn)。一般來(lái)說(shuō)，虛擬環(huán)境中的人機(jī)交互包括場(chǎng)景漫游(scene navigation)、對(duì)象操作(object manipulation)和系統(tǒng)控制(system control)三個(gè)方面[2]，其中前兩項(xiàng)直接用于實(shí)現(xiàn)用戶的交互任務(wù)。針對(duì)虛擬裝配中的交互式對(duì)象操作技術(shù)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了深入的研究。如Gomes和Zachmann[3]

提出了基于“碰撞檢測(cè)”和“位姿近似捕捉”的虛擬裝配定位算法，楊潤(rùn)黨等[4]提出基于約束的交互式裝配操作，劉振宇等[5]研究了基于語(yǔ)義的交互操作。這些研究主要是集中于對(duì)桌面式的虛擬裝配系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，用戶在小范圍的工作空間即可完成產(chǎn)品的裝配建模。然而在大型產(chǎn)品的裝配環(huán)境中，用戶需要在不同的工位和設(shè)備之間往返或進(jìn)入產(chǎn)品內(nèi)部以完成相應(yīng)零部件的裝配工作，如對(duì)于飛機(jī)或汽車(chē)的總裝配。因此，對(duì)于大型產(chǎn)品的虛擬裝配，還需要通過(guò)場(chǎng)景漫游來(lái)銜接各道裝配工序。

場(chǎng)景漫游，也稱(chēng)為視點(diǎn)漫游，是指計(jì)算機(jī)通過(guò)變換相機(jī)在虛擬環(huán)境中的位置和方向，將實(shí)時(shí)渲染的畫(huà)面由顯示設(shè)備反饋給用戶，模擬用戶在虛擬環(huán)境中行走的效果。目前VR中的交互式漫游主要通過(guò)三維鼠標(biāo)或游戲外設(shè)來(lái)實(shí)現(xiàn)，例如將三維鼠標(biāo)在三個(gè)軸向的推拉和旋轉(zhuǎn)操作映射到視點(diǎn)的空間運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)用戶在三維場(chǎng)景中的漫游。詹榮開(kāi)等[6]運(yùn)用 Logitech三維鼠標(biāo)作為控制傳感器實(shí)現(xiàn)了一個(gè)視點(diǎn)跟蹤輸入的漫游演示程序，郝愛(ài)民等[7]利用操縱桿實(shí)現(xiàn)了人在回路的虛擬直升機(jī)漫游。但是基于虛擬外設(shè)的漫游方法并不能很好地適用于虛擬裝配任務(wù)，其存在如下3個(gè)方面的問(wèn)題：

(1) 用戶通過(guò)手直接操作虛擬零部件，需要佩戴數(shù)據(jù)手套及其他位置跟蹤設(shè)備，不方便操作三維鼠標(biāo)或操縱桿；

(2) 在沉浸式虛擬裝配環(huán)境中，用戶不會(huì)始終處于單一的作業(yè)姿勢(shì)，難以使用固定放置在桌面上的控制設(shè)備；

(3) 對(duì)象操作和場(chǎng)景漫游作為兩種相對(duì)獨(dú)立的操作模式，用戶需要在這兩種模式之間切換，才能滿足交互任務(wù)的要求。

總而言之，目前虛擬裝配環(huán)境下的交互式漫游主要存在用戶操作不便、交互模式不符合人的認(rèn)知方式、用戶體驗(yàn)不佳的問(wèn)題。劉國(guó)華[8]設(shè)計(jì)的一種行走運(yùn)動(dòng)感知裝置，用戶可以在該裝置上完成直線行走及左右轉(zhuǎn)向，從而實(shí)現(xiàn)虛擬環(huán)境中的漫游功能。但該裝置體積龐大，構(gòu)造復(fù)雜，而且現(xiàn)有的研究中并未針對(duì)用戶體驗(yàn)做出有效評(píng)價(jià)。

本文提出一種簡(jiǎn)單而有效的虛擬裝配環(huán)境交互漫游方法，其理論背景包括了認(rèn)知心理學(xué)和人機(jī)工程學(xué)。認(rèn)知心理學(xué)認(rèn)為知識(shí)不僅存在于人腦中，而且也存在于外部世界的對(duì)象中，人類(lèi)對(duì)世界進(jìn)行感知和認(rèn)知以及決策是通過(guò)這兩種知識(shí)的結(jié)合進(jìn)行的[9]。人機(jī)工程學(xué)認(rèn)為在設(shè)計(jì)和制造中，應(yīng)將“人的因素”作為一個(gè)重要條件來(lái)考慮，人體尺度參數(shù)是指導(dǎo)設(shè)計(jì)的重要依據(jù)[10]。綜合考慮，該方法首先對(duì)人手作業(yè)空間進(jìn)行功能劃分，設(shè)計(jì)人手運(yùn)動(dòng)與視點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的映射關(guān)系，然后通過(guò)感知人手的空間運(yùn)動(dòng)，捕捉用戶的交互意圖，最終實(shí)現(xiàn)虛擬零件操作和場(chǎng)景漫游的無(wú)縫集成。

1　虛擬裝配環(huán)境下的用戶作業(yè)空間

1.1用戶坐標(biāo)系

對(duì)于需要捕捉用戶身體動(dòng)作的虛擬仿真系統(tǒng)，一般需要建立世界坐標(biāo)系和設(shè)備坐標(biāo)系。世界坐標(biāo)系(world coordinate system，WCS)用來(lái)對(duì)場(chǎng)景中所有幾何對(duì)象的空間位置和姿態(tài)進(jìn)行描述，是物體碰撞檢測(cè)和裝配運(yùn)動(dòng)仿真的基礎(chǔ)。設(shè)備坐標(biāo)系(device coordinate system，DCS)可用來(lái)保存和表示由傳感器捕捉的用戶身體運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，如位置跟蹤設(shè)備捕捉手的空間位姿。

另外，為了對(duì)用戶的作業(yè)范圍以及手在作業(yè)范圍中的空間位置和姿態(tài)進(jìn)行簡(jiǎn)潔且高效地描述，本文還建立以用戶為中心的坐標(biāo)系——用戶坐標(biāo)系(user coordinate system，UCS)。UCS的建立需要滿足 2個(gè)原則：①能夠表示用戶身體的空間位置和姿勢(shì)；②從用戶為中心的角度，能夠?qū)τ脩舻淖鳂I(yè)范圍以及手在作業(yè)范圍中的空間位置和姿態(tài)進(jìn)行簡(jiǎn)潔的描述。

如圖1所示，UCS的坐標(biāo)原點(diǎn)OU位于人體右肩關(guān)節(jié)處，XU軸垂直人體矢狀面并指向右方，YU軸垂直人體冠狀面并指向正前方，根據(jù)右手法則可確定ZU軸，ZU軸沿鉛垂方向指向正上方。圖1中的XWYWZWOW表示W(wǎng)CS，XDYDZDOD表示DCS。

圖1　用戶坐標(biāo)系

UCS可以用于對(duì)作業(yè)空間及作業(yè)空間中手的當(dāng)前位姿進(jìn)行描述，但是虛擬手與場(chǎng)景中的虛擬零件發(fā)生交互關(guān)系時(shí)，如碰撞檢測(cè)，還需要將手的位置轉(zhuǎn)換到世界坐標(biāo)系下進(jìn)行統(tǒng)一計(jì)算。通過(guò)矩陣運(yùn)算可以實(shí)現(xiàn)虛擬對(duì)象的坐標(biāo)在不同坐標(biāo)系下的轉(zhuǎn)換。

1.2作業(yè)空間

人手的作業(yè)空間是人在自身物理限制范圍內(nèi)可執(zhí)行操作任務(wù)的有效空間，其范圍是由人手的功能尺寸和關(guān)節(jié)可活動(dòng)區(qū)間決定。人體各關(guān)節(jié)的活動(dòng)有一定的限度，超過(guò)限度將會(huì)造成損傷。當(dāng)人處于站立姿態(tài)，肩關(guān)節(jié)的最大活動(dòng)范圍如表 1所示。

表1　肩關(guān)節(jié)活動(dòng)范圍

由于后擺的姿勢(shì)對(duì)于裝配操作沒(méi)有實(shí)際意義，因此可將人手作業(yè)范圍簡(jiǎn)化成位于人體前方的半球空間，即以UCS的坐標(biāo)原點(diǎn)為球心，以Yu軸正向?yàn)榘霃椒较虻陌肭騾^(qū)域，如圖 1所示。另外，根據(jù) GB/T 13547-92標(biāo)準(zhǔn)提供的中國(guó)成年人常取姿勢(shì)功能尺寸數(shù)據(jù)，為保證人手作業(yè)范圍具有一定普遍性，取男性第95百分位數(shù)的上肢功能前伸長(zhǎng)尺寸為作業(yè)半球的默認(rèn)半徑大小，如表2所示。因此，人手作業(yè)空間可看成位于身體前方半徑 r為789 mm的半球區(qū)域。

表2　人手功能尺寸(mm)

2　用戶作業(yè)空間的功能分割

通過(guò)對(duì)虛擬裝配過(guò)程分析，發(fā)現(xiàn)裝配任務(wù)執(zhí)行過(guò)程中有如下特點(diǎn)：

(1) 雖然零件操作是虛擬裝配的主要活動(dòng)，但對(duì)于復(fù)雜操作環(huán)境下的裝配任務(wù)，需要變換操作者的空間位置才能完成；

(2) 操作者會(huì)自覺(jué)地調(diào)整身體的位置和姿態(tài)，以滿足最佳的操作姿勢(shì)，讓操作行為能夠在舒適操作狀態(tài)下得以完成；

(3) 人在準(zhǔn)備抓取或操作遠(yuǎn)處的零件時(shí)，會(huì)下意識(shí)地更大幅度地伸展肢體。

根據(jù)以上結(jié)論，將用戶作業(yè)空間劃分為兩個(gè)功能區(qū)，即對(duì)象操作區(qū)和視點(diǎn)漫游區(qū)。對(duì)象操作區(qū)和視點(diǎn)漫游區(qū)都是用戶作業(yè)空間的子空間，當(dāng)手在UCS中的當(dāng)前位置處于對(duì)象操作區(qū)，則可以執(zhí)行虛擬零件的裝配操作；當(dāng)手位于視點(diǎn)漫游區(qū)，則虛擬手可控制視點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)場(chǎng)景漫游。

圖2表示各功能區(qū)在UCS的XuYu平面上的水平投影，人手的作業(yè)范圍被以r1和r2為半徑的兩個(gè)半圓分割為 3個(gè)區(qū)域，其中中間的環(huán)形區(qū)域(B區(qū))為對(duì)象操作區(qū)，而外環(huán)(A區(qū))和內(nèi)部小半圓(C區(qū))都是視點(diǎn)漫游區(qū)。

圖2　用戶作業(yè)空間的功能劃分

由于人手的大部分操作活動(dòng)是在對(duì)象操作區(qū)中進(jìn)行，為了提高工作效率，減輕長(zhǎng)期工作負(fù)荷產(chǎn)生的疲勞感，可根據(jù)人機(jī)工程學(xué)原理，從人手舒適程度和視覺(jué)因素兩個(gè)方面來(lái)確定對(duì)象操作區(qū)的邊界，以保證在零件操作時(shí)人手始終處于手眼協(xié)調(diào)區(qū)。圖3表示立姿單臂作業(yè)的近身作業(yè)空間，以第5百分位數(shù)的男性為基準(zhǔn)，當(dāng)物體處于地面以上110～165 cm高度，并且在身體中心線左右46 cm范圍內(nèi)時(shí)，大部分人可以在直立狀態(tài)下在身體前側(cè)46 cm的范圍手臂處于身體中心線處操作，其舒適作業(yè)空間最大可及弧半徑為54 cm。

圖3　立姿單臂舒適作業(yè)范圍(cm)

對(duì)象操作區(qū)的邊界還要考慮人的視覺(jué)因素，即視距。視距是指人在操作系統(tǒng)中正常的觀察距離。視距過(guò)遠(yuǎn)或過(guò)近都會(huì)影響觀察的速度和操作的精確性，一般裝配任務(wù)的操作視距范圍在38～76 cm之間。綜合考慮人手舒適度和視覺(jué)舒適度，設(shè)置對(duì)象操作區(qū)的邊界：r1=50 cm，r2=20 cm。

3　基于人手運(yùn)動(dòng)感知的漫游方法

3.1視點(diǎn)運(yùn)動(dòng)

關(guān)于計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中的視點(diǎn)漫游，其本質(zhì)是通過(guò)控制相機(jī)的運(yùn)動(dòng)來(lái)模擬視點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)。相機(jī)運(yùn)動(dòng)的主要參數(shù)包括相機(jī)的位置eye，相機(jī)鏡頭對(duì)準(zhǔn)的目標(biāo)點(diǎn)位置target和相機(jī)向上的方向up。其中eye確定視點(diǎn)的位置，由eye指向target的連線確定了視線方向。本文模擬的漫游方式是人的行走，因此對(duì)相機(jī)模型進(jìn)行簡(jiǎn)化，包括：①將eye和target約束在視平面上，即視線始終保持在過(guò)視點(diǎn)的水平面上；②不考慮相機(jī)繞著視線的旋轉(zhuǎn)，即忽略相機(jī)向兩側(cè)的翻滾。因此，相機(jī)模型可簡(jiǎn)化為視平面上一條由eye(xe, ye, h)指向target(xt, yt, h)的有向線段P，線段的方向表示視線的方向，其中h為視點(diǎn)高度，如圖4(a)所示。設(shè)則虛擬環(huán)境中的視點(diǎn)漫游可表示成P在WCS中的旋轉(zhuǎn)變換和平移變換。

圖4　視點(diǎn)運(yùn)動(dòng)模型

設(shè)ti到ti+1時(shí)間間隔△t內(nèi)，△t=ti+1–ti。

(1) P繞eye旋轉(zhuǎn)△θ角度(圖4(b))，則：

其中，R=R(△θ)為繞eye逆時(shí)針轉(zhuǎn)△θ的旋轉(zhuǎn)變換矩陣，R＝TRzT–1

(2) P沿旋轉(zhuǎn)后的視線方向平移△s距離(圖4(c))，則：

其中，Ts=T(△x, △y)為平移變換矩陣，即：

△x和△y分別表示沿WCS的X軸和Y軸的平移分量，△x=△s×sinθ，△y=△s×cosθ，θ為當(dāng)前視線的方向角，視點(diǎn)的位移方向應(yīng)與視線的方向角一致。當(dāng)虛擬場(chǎng)景初始化時(shí)，設(shè)相機(jī)的初始方向?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)方向，標(biāo)準(zhǔn)方向與南北方向線平行，如圖5(a)所示。在相機(jī)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，當(dāng)前時(shí)刻視線方向角 θ為視線方向與標(biāo)準(zhǔn)方向所夾的銳角(θ＜π/2)，圖5(b)～(e)表示不同方向角的情況。

圖5　視線的方向角

3.2基于人手運(yùn)動(dòng)感知的視點(diǎn)運(yùn)動(dòng)控制

接下來(lái)討論用戶手對(duì)視點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的位移距離△s和旋轉(zhuǎn)角度△θ的控制，即建立UCS中手的位置與視點(diǎn)運(yùn)動(dòng)之間的映射關(guān)系。

若手在UCS中的位置hand(xh, yh, zh)，這里僅考慮手的x, y坐標(biāo)，那么人手在XUYU平面上正投影的位置矢量為H(xh, yh)，rh表示hand到坐標(biāo)原點(diǎn)的距離，設(shè)在△t時(shí)間間隔內(nèi)，視線的初始方向角為θi，視線的終止方向角為θi+1，視點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)線速度大小為v，角速度大小為ω，可計(jì)算視點(diǎn)的位移△s和轉(zhuǎn)角△θ。其中，k1和 k2分別是線速度和角速度大小的比例系數(shù)，d為hand沿H方向上到對(duì)象操作區(qū)邊界的距離。φ稱(chēng)為控制角，用來(lái)映射相機(jī)偏離標(biāo)準(zhǔn)方向的角速度，是位置矢量H與YU軸正向的夾角。當(dāng)hand處于XUYU平面的第一象限，φ取負(fù)值，此時(shí)可控制相機(jī)向右方偏航（順時(shí)針旋轉(zhuǎn)），如圖6(c)、(e)所示；當(dāng)hand處于XUYU平面的第二象限，φ取正值，此時(shí)可控制相機(jī)向左方偏航(逆時(shí)針旋轉(zhuǎn))，如圖6(b)、(d)所示。

圖6　人手處于用戶作業(yè)空間的區(qū)域分析

下面根據(jù)人手在不同功能區(qū)域的 3種位置情況，討論如何得到視點(diǎn)的旋轉(zhuǎn)變換矩陣 R(△θ)和平移變換矩陣T(△x, △y)。

(1) 用戶手位于B區(qū)(r2＜rh＜r1)：此時(shí)v=0，ω=0，用戶只能操作虛擬零件，而不能對(duì)視點(diǎn)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行控制，如圖6(a)所示。

(2) 用戶手位于A區(qū)(r1≤rh≤r)：可控制視點(diǎn)朝前進(jìn)方向運(yùn)動(dòng)，如圖6(b)、(c)所示。此時(shí)d=rh–r1，θi+1的大小與θi的方向有關(guān)。

當(dāng)θi為北偏東向或南偏西向時(shí)，

當(dāng)θi為北偏西向或南偏東向時(shí)

為了保證視點(diǎn)的位移方向與視線當(dāng)前方向一致，△x、△y的正負(fù)號(hào)與θi+1的方向有關(guān)，如表3所示。

表3　視點(diǎn)位移方向

(3) 用戶手位于C區(qū)(0＜rh＜r2)：可控制視點(diǎn)朝后退方向運(yùn)動(dòng)，此時(shí)d=r2–rh，如圖6(d)、(e)所示，視線方向角θi+1的計(jì)算與上述方法相同?！鱴、△y的正負(fù)取值與方向角θi+1的關(guān)系如表4所示。

表4　視點(diǎn)位移方向

由△x、△y和△θ，則可得到視線旋轉(zhuǎn)變換矩陣 R(△θ)和平移變換矩陣T(△x, △y)。在虛擬裝配交互過(guò)程中，將虛擬手的位姿矩陣也乘以R(△θ)和T(△x, △y)，則可實(shí)現(xiàn)以用戶為中心的第一視角漫游。

4　實(shí)　例

為了驗(yàn)證本文提出的視點(diǎn)漫游方法，其分別以多通道立體投影和頭盔顯示器作為視覺(jué)輸出設(shè)備，搭建兩套虛擬裝配實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，如圖 7和圖 8所示。兩套系統(tǒng)的輸入設(shè)備都是數(shù)據(jù)手(CyberGlove，Immersion)和電磁位置跟蹤器(Fastrak，Polhemus)。系統(tǒng)的硬件平臺(tái)為BOXX(3DBOXX W3960)圖形工作站，軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)為 OpenGL圖形庫(kù)和 MFC應(yīng)用程序框架。Fastrak(圖9)的兩個(gè)接收器分別固定于用戶的肩關(guān)節(jié)(UCS的坐標(biāo)原點(diǎn))和手腕處，用于采集身體和手的空間位姿。

圖7　采用多通道立體投影的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)

另外，通過(guò)開(kāi)發(fā)一個(gè)航空活塞發(fā)動(dòng)機(jī)虛擬裝配程序，以測(cè)試視點(diǎn)漫游方法的交互性能。實(shí)驗(yàn)選擇10名學(xué)生用戶，在熟悉實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)后，進(jìn)行虛擬裝配實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)流程如下：用戶進(jìn)入虛擬場(chǎng)景(圖10(a))；在場(chǎng)景漫游模式下，通過(guò)手部運(yùn)動(dòng)來(lái)控制視點(diǎn)漫游，實(shí)現(xiàn)從不同視角對(duì)裝配部件進(jìn)行觀察(圖10(b))；在對(duì)象操作模式下，拾取待裝配零件，并再通過(guò)視點(diǎn)漫游功能移動(dòng)到合適的裝配位置(圖10(c))；完成零件裝配(圖10(d))。

圖8　采用頭盔顯示器的虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)

圖9　電磁位置跟蹤器

圖10　虛擬裝配仿真

實(shí)驗(yàn)完成后，用戶對(duì)虛擬裝配系統(tǒng)做出可用性評(píng)價(jià)(見(jiàn)表5)。

表5　用戶體驗(yàn)評(píng)價(jià)

根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，各項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)的平均分都高于8分。因此，用戶采用本文提出的方法，可以輕松地在虛擬裝配環(huán)境中漫游，而不需要其他虛擬外設(shè)輔助，同時(shí)能實(shí)現(xiàn)對(duì)象操作和場(chǎng)景漫游這兩種交互模式無(wú)縫集成。

5　結(jié)　論

大型產(chǎn)品的虛擬裝配往往需要通過(guò)漫游來(lái)銜接各道工序，本文提出一種簡(jiǎn)單且高效的視點(diǎn)運(yùn)動(dòng)控制策略來(lái)實(shí)現(xiàn)場(chǎng)景漫游功能。以人機(jī)工程學(xué)的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，首先建立人手作業(yè)空間，然后對(duì)作業(yè)空間進(jìn)行功能劃分，分為對(duì)象操作區(qū)和視點(diǎn)漫游區(qū)，最后在功能分區(qū)的基礎(chǔ)上建立人手運(yùn)動(dòng)感知與視點(diǎn)運(yùn)動(dòng)控制的映射模型。通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明，操作者對(duì)大型產(chǎn)品進(jìn)行虛擬裝配的過(guò)程中，可以輕松地利用該方法實(shí)現(xiàn)場(chǎng)景漫游，并且能夠比較自然地在對(duì)象操作和場(chǎng)景漫游這兩種交互模式之間過(guò)渡。

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Viewpoint Navigation Techniques for Virtual Assembly Environment of Large-Scale Products

Xiong Wei,Wang Qinghui,Huang Zhongdong,Xu Chenyang
(School of Design, South China University of Technology, Guangzhou Guangdong 510641, China)

A high-efficiency navigation strategy is proposed for virtual assembly environment of large-scale products. Based on the theory of cognitive psychology and ergonomics, a workspace of human hand is constructed. Then the workspace is divided into object operation space and viewpoint navigation space. Finally a motion mapping relationship between human hand and viewpoint is developed. It has been proven by experiments that the users can easily navigate the virtual environment in the virtual assembly process. So the two interactive modes, object operation and scene navigation, can be integrated seamlessly.

virtual assembly; ergonomics; motion perception; viewpoint navigation

TP 391

A

2095-302X(2015)06-0937-07

2015-04-10；定稿日期：2015-07-16

國(guó)家自然基金資助項(xiàng)目(51105144)；華南理工大學(xué)中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)(2014ZM0026)

熊巍(1979–)，男，江西南昌人，講師，博士研究生。主要研究方向?yàn)樘摂M現(xiàn)實(shí)技術(shù)。E-mail：weixiong@scut.edu.cn