【摘 要】
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现实中很多领域如复杂设备的装拆、外科手术的实施等等都需要多人配合操作完成。因此,其相应的虚拟现实训练或指引系统也必然需要支持“多人协同操作”这一特性。互联网技术的飞速发展为异地多人协同操作(简称多人协同,下同)奠定了基础,也涌现了众多的在同一虚拟空间内能实现多人协作或交互的虚拟现实系统。但是,这些多人协同的虚拟现实系统对虚拟替身动作的还原度不足,协同操作感不强,无法达到协同装配、远程教学对多人协同
【基金项目】
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广东省普通高校省级重大科研项目“面向虚拟实训的VR多用户协同操作关键技术研究”
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现实中很多领域如复杂设备的装拆、外科手术的实施等等都需要多人配合操作完成。因此,其相应的虚拟现实训练或指引系统也必然需要支持“多人协同操作”这一特性。互联网技术的飞速发展为异地多人协同操作(简称多人协同,下同)奠定了基础,也涌现了众多的在同一虚拟空间内能实现多人协作或交互的虚拟现实系统。但是,这些多人协同的虚拟现实系统对虚拟替身动作的还原度不足,协同操作感不强,无法达到协同装配、远程教学对多人协同的要求。针对上述虚拟替身动作还原度不足的问题,提出面向多人协同交互的虚拟替身动作重现与交互的方法。该方法首先对虚拟替身描述模型进行定义,建立不同硬件组合对虚拟替身的动作映射,实现更具真实感的虚拟替身动作再现效果。其次,提出具有更复杂协同关系的交互任务逻辑描述,实现多用户之间更复杂的协同操作。最后,开发相应的原型系统以对所提出的动作再现与交互方法进行验证。论文的主要研究工作如下:(1)虚拟替身描述模型定义与多源跟踪数据驱动方法研究。虚拟替身描述模型的必要数据由头部数据与手部数据组成,可从Azure Kinect DK、Leap Motion、HTC VR套件中获取数据。而虚拟替身描述模型的其他数据(如躯干数据等)通过A zu re Kinect DK或关节反求获取。最终用户可通过上述多种硬件对虚拟场景中的虚拟替身进行动作再现。而多源跟踪数据驱动方法解决当使用上述硬件组合进行人体跟踪时出现的数据冲突与数据缺失问题。通过对跟踪精确度与动作再现效果进行验证,证明所得出的描述模型及驱动方法有效,可实现多个使用不同硬件组合的虚拟替身之间在同一虚拟环境下进行协同交互。(2)面向多人协同的交互逻辑描述定义。提出针对多人协同的交互任务描述方法,根据交互任务的不同对交互操作的执行条件与完成条件进行详细定义,赋予交互任务更复杂的协同关系。然后,对定义的协同交互任务进行参数化表达,使其能对复杂的协同交互任务进行仿真。接着,对多个协同交互任务构成的交互任务序列的初始化流程、更新流程与任务判定方法进行设计。最后,对虚拟替身与虚拟物体的不同交互操作类型进行设计,提出一种多人同时操作虚拟物体的交互方法。(3)面向多人协同的远程通讯方法实现。设计客户端与服务器的总体通信框架,对协同交互过程的通信数据进行分析,定义不同通信数据类型的通用消息格式,研究通用消息报文的解析方法。并结合TCP与UDP协议研究实现不同通信数据的实时同步方法,保障远程协同系统的一致性。最后,对系统的通信性能进行延迟时间与吞吐量实验,验证所提出的远程通信框架的有效性。(4)远程多人协同系统的开发实现。首先,对服务端的框架进行设计与功能实现,实现客户端的人机交互功能,通信功能以及场景交互等功能。最后以生产生活中的汽车变速箱拆装交互、多人搬运、双人任务协作三个交互场景作为案例,对本文的研究内容效果进行验证。
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