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工学硕士学位论文

基于触觉反馈的虚拟切割算法研究
(学术型)

硕士研究生: 胡登明
导师: 周岩副教授
申请学位级别: 工学硕士
学科、专业: 机械设计及理论
所在单位: 机电工程学院
答辩日期: 2012 年 7 月
授予学位单位: 哈尔滨工业大学
Classified Index: TB533
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Dissertation for the Master Degree in Engineering

RESEARCH ON VIRTUAL CUTTING
ALGORITHM BASED ON HAPTIC
FEEDBACK
(Academic Master)

Candidate: Hu DengMing
Supervisor: Associate Prof. Zhou Yan
Academic Degree Applied for: Master of Engineering
Specialty: School of Mechatronics Engineering
Affiliation: Mechanical design and theory
Date of Defence: July, 2012
Degree-Conferring-Institution: Harbin Institute of Technology
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摘要
摘要
虚拟现实与触觉反馈技术的飞速发展与广泛应用,推动了社会各个方面
的革新与发展,基于触觉反馈的产品造型设计促进了新产品开发,所涉及的
基于触觉反馈的虚拟切割方法引起了广大研究者的重视。本课题基于
PHANTOM Omni 触觉反馈设备及其系统开发工具包,进行三角形网格单元
模型的虚拟切割研究。
在研究触觉反馈的虚拟切割基本原理的基础上,构建基于触觉反馈的虚
拟切割系统;设置虚拟切割系统的环境后,采用逆时针绘制方法,建立三角
形网格单元的立方体网格模型;对切割系统的三维数据的坐标变换矩阵以及
网格单元的法矢量进行研究。
针对等与不等三角形单元的情况建立虚拟物体模型的方向包围盒,确定
包围盒的中心位置、长度等属性;研究包围盒的碰撞检测条件及其判别公式,
并对碰撞检测判别公式的简化计算方法进行研究;基于 PHANTOM Omni 触
觉反馈设备与简化的碰撞检测判别公式,实现对碰撞网格节点的捕获。
基于三角形网格单元,研究从单元的边与顶点进行切割的方法,提出理
想与实际情况下的切割形式;基于网格节点搜索提出三角形网格单元模型的
四类切割路径规划算法,以及畸形切割的解决方法;编程实现斜率为无穷大、
零、正值与负值四类路径规划。
研究虚拟切割工具的几何模型简化方法,以及基于触觉反馈的虚拟切割
发生条件的判别公式;依据规划的切割路径,提出网格模型前后、顶底、左
右网格面三维重构的方法,并编程实现;基于触觉反馈进行虚拟切割影响因
素的分析。

关键词:触觉反馈;三角形网格单元;碰撞检测;路径规划;虚拟切割
- I -
Abstract
Abstract
The rapid development and wide application of virtual reality and haptic
feedback technology have promoted the innovation and development of all
aspects of society. Product design based on haptic feedback has driven the
development of new products, and the virtual cutting method based on haptic
feedback has attracted the attention of many paper researched
the virtual cutting of triangular grid unit model based on the haptic feedback
device PHANTOM Omni and its system development toolkit.