面向虚拟装配的双手交互模式研究

的 劳 动 技 能 和 操 作 技 巧 ， 高交 互 的 自然 性 。跟 单 手 操 作 提
０ 引 言
在 现 实 生 活 中 ， 是 人 与 外 界 交 互 的 主 要 工 具 。 在 虚 手
相 比 ， 手 操 作 是 面 向用 户 的 ， 仅 需 要 考 虑 功 能 的 实 现 ， 双 不
摘 要 ： 虚 拟 环 境 中 ， 拟 手 作 为 一 个 自然 、 在 虚 直观 的 交 互 通 道 ， 灵 活 逼 真 的 交 互 动 作 是 达 到 自然 和 谐 高 效 的 人 机 其
交互 的关 键 。 为仿 真现 实 中双 手 工作 方 式 ， 入 研 究 了 双 手 交 互 的 理 论 和 实践 ， 深 入 探 讨 了双 手 交 互 模 式 描 述 的 深 且 方 式 和 手 段 。并 在 理 论 研 究 的 基 础 上 ， 在虚 拟 装 配原 型 系统 中验 证 了虚 拟 手 双 手 协 同 完 成 装 配 任 务 。 实 践 证 明基 于
计 算 感 知 的 虚 拟 手 对增 强 虚 拟 装 配 的 情 景 真 实 和 工 艺 验 证 起 到 了很 重要 的 作 用 ， 具 有 较 好 的性 能 。 也
关 键 词 ： 拟 环 境 ； 机 交 互 ； 拟 手 ； 拟 装 配 ； 手 交 互 虚 人 虚 虚 双 中图分类号 ： ３１９ ＴＰ ９ ． 文献标识码 ： Ａ 文 章 编 号 ： ６ ２ ７ ０ （ ０ １ ０ —０ ｉ０ ｌ ７ — ８ ０ ２ ｌ ） ３０ ５ －３
现 了几 种 较 为 真 实 的 手 势 。 在 双 手 操 作 方 面 ， ｉ ｄ提 出 了 运 动 链 模 型 ， 双 手 的 Ｇｕａ ｒ 对
倒茶等 。
１ ２ 双 手 交 互 的 心 理 学 基 础 ．
除 了符 合 人 的行 为 学 特 点 之 外 ， 手 交 互 方 式 同 样 也 双 吻 合 了 人 的认 知 特 点 ， 用 这 种 方 式 和 计 算 机 交 流 时 可 以 使
手 在 现 实 生 活 中 的 应 用 无 处 不 在 ， 于 不 同应 用 ， 对 可
地操作 ， 其是对人机 交互有 极 高要求 虚拟 装 配来说 ， 尤 需
要 虚 拟 手 的 介 入 来 验 证 装 配 的 切 实 可 行 性 和 符 合 工 艺 设
计要求 。
以将 手 部 行 为分 成 三 类 ： 一 类 是 单 手 行 为 ， 就 是 利 用 第 也
手 来 说 很 容 易 学 习 ， 能 提 高 用 户 操 作 的 性 能 。 Ｋａ ｂ ｓ 还 ｂ ａｈ 等 人 对优 先 手 和 非 优 先 手 在 指 和 拖 拽 任 务 方 面 作 了 比较 ，
表 明 两 只手 是 互 补 的 ， 一 个 手 都 有 其 自身 的强 项 和 弱 项 。 每 Ｈ．Ｓ ｎ等 人 设 计 了一 个 双 手 装 配 系 统 。在 系 统 中 ， 手 可 ｕ 双 以按 照约 定 的约 束 条件 协 同完 成 一 项 装 配 任务 。
大 大 降 低 用 户 的认 知 负 担 。认 知 心 理 学 认 为 ， 们 获 得 认 人 知 技 巧 的 一 个 主 要 途 径 是 把 一 些 相 关 的 基 本 任 务 组 合 成 有 意 义 的 任 务 单 元 ， 操 作 时 以 这个 单 元 为 操 作 对 象 而 不 在
逻 辑 分工 作 出 了很 好 的定 义 和 说 明 ， 有 一 些 分 析 和 实 验 且
一
只手 就 可 以 实 现 操 作 ， 使 用 鼠 标 等 ； 二 类 是 双 手 的 如 第
对 称 行 为 ， 就 是 双 手 完 成 相 同 的 操 作 ， 任 务 中扮 演 同 也 在 样 的角 色 ， 洗 衣 服 等 ； 三 类 是 双 手 的非 对 称 行 为 ， 双 如 第 即 手 完 成 不 同 的工 作 ， 任 务 中扮 演 不 同 的 角 色 ， 打 电 话 、 在 如
国 外从 １ ８ ９ ８年 就 开 始 了 虚 拟 手 的 研 究 。 Ｇｅ ｅ ａ大 ｎｖ 学 的 Ｔｈ ｌ ｎ 教 授 领 导 的 ＭＩ 实 验 室 是 研 究 人 机 ａｍａ ｎ Ｍ ＲＡ 交互 和 虚 拟 手 的 最 著 名 的 团 队 之 一 。 他 们 提 出 了 一 种 依 赖关 节 的局 部 变形 模 型 用 于 人 手 的动 画 和对 象 的 抓 取 ， 接 着 又 提 出 了 一 种 基 于 ＤＦ Ｄ 的 人 手 变 形 模 型 。Ｋｕ ｉ等 人 Ｆ ｎｉ 提 出 了基 于 环 流 映 射 的人 手 和 手 臂 模 型 ， 以此 为基 础 实 并
更 多地 是 需 要 从 方 便 用 户 使 用 的 角度 考 虑 ， 交 互 界 面 是 其 “ 用 户 为 中心 ” 。 以 的
１ １ 双 手 交 互 的 行 为 学 基 础 ．
拟 环 境 中 ， 们 希 望 像 现 实 世 界一 样 来 操 纵 虚 拟 物 体 。虚 人
拟 手 作 为 一 种 直 观 的交 互 方 式 ， 于 用 户 自然 、 谐 、 效 便 和 高
第 １卷 第３ ０ 期 ２ ｌ年 ３ ０ １ 月
软 什 导 刊
Ｓ ｔ ａ ｅＧｕ ｄ ｏｆｗ ｒ ｉ ｅ
Ｖｏｌｌ ０Ｎ ｏ ３
Ｍ ａｒ ２０１ ． ｌ
面 向 虚 拟 装 配 的 双 财 经 大 学 ， 苏 南 京 ２ ０ ０ ； ．中 国船 舶 重 工 集 团 ７ ３研 究 所 ， 苏 扬 州 ２ ５ ０ ） １南 江 １０ ３ ２ ２ 江 ２ ０ １
验 证 结果 ， 以后 双 手 的非 对 称 研 究 有 很 重要 的借 鉴 意 义 。 对
Ｂ ｘｏ ｕ ｔｎ和 Ｍｙ ｒ 实 验 验 证 了 双 手 交 互 技 术 不 仅 对 于 新 ｅｓ以
去 考 虑 单 元 内部 的组 织 。
１ ３ 双 手 操 作 在 人 机 交 互 中 的 应 用 特 点 ．