在虚拟环境中,用户和虚拟物体之间自然真实的交互一直是国内外科技界关注的一个热点。毫无疑问,用户和虚拟物体之间自然真实的交互对于增强用户在虚拟环境中的沉浸感,提高用户对所处的虚拟环境的感知能力都有十分重要的作用。因此,近年来这方面的研究工作正在不断深入。但是,由于虚拟环境并不能像真实世界那样对用户和物体之间提供必要的物理约束,这给合理设计用户和虚拟物体之间的交互方法带来了很大的挑战。本文将灵巧手视作用户和虚拟物体之间进行交互的化身,提出了一种面向虚拟环境的、具有力反馈的灵巧手抓取虚拟物体的方法。 根据真实世界中手抓取物体的特点,本文首先利用灵巧手抓取轨迹线给出了一种灵巧手与虚拟物体之间的碰撞检测算法。该算法能快速确定灵巧手和虚拟物体的碰撞检测结果,并可根据碰撞情况确定相应的灵巧手抓取姿势。 然后利用灵巧手各手指和虚拟物体之间的接触关系,给出了灵巧手能否抓取相关虚拟物体的两种判别方法:1) 基于灵巧手各手指与虚拟物体的碰撞结果,判别灵巧手能否抓取所接触的虚拟物体;2) 根据灵巧手各手指和虚拟物体接触时的相对位置关系,构造了灵巧手抓取模型,并以该抓取模型抵抗外力的能力为依据判别灵巧手能否抓取所接触的虚拟物体。 为增强用户的真实感和沉浸感,本文同时为用户提供了必要的力反馈。针对灵巧手抓取虚拟物体的不同状态,采用不同的计算方法对灵巧手各手指的受力进行计算。 最后基于上述方法,本文设计并实现了一个虚拟装配原型系统。该系统以“变装为拆”的装配规划为核心,以“可装即可拆”为原则,通过记录用户在虚拟环境中的拆卸顺序与拆卸路径从而确定产品的装配序列与装配路径。