虛擬現(xiàn)實(VR)與數(shù)據(jù)手套的研究

    國內(nèi)外許多研究單位和公司在數(shù)據(jù)手套的研制開發(fā)方面做了大量的工作,并推出了一些采用不同傳感器的數(shù)據(jù)手套產(chǎn)品,得到較成功的應(yīng)用。下面分析幾個主要產(chǎn)品的各項性能指標。

    (1) Dataglove (已注冊商標)是VPL 公司于20世紀90年代推出的最早的數(shù)據(jù)手套,以模型4(根據(jù)手套模型的自由度區(qū)分手套型號)為例說明:

    手套本體材料:氯丁二烯橡膠布。

    傳感器:專利技術(shù)“光纖彎曲傳感器”。

    自由度(DOF) :手指關(guān)節(jié)的彎曲和外展、大拇指的復雜動作。

    空間定位:根據(jù)應(yīng)用場合可選擇三維空間的單獨跟蹤、快速跟蹤或其他跟蹤系統(tǒng)。

    測量精度: < 5°。

    最大采樣頻率: 160 Hz。

    接口: RS232,最高波特率115. 2 kbp s。

    應(yīng)用情況:被設(shè)計適用于VR的醫(yī)學應(yīng)用,能作為功能評估、擊打損傷恢復、生物工程、運動生理等輸入設(shè)備。

    評價:專利傳感器技術(shù),結(jié)構(gòu)緊湊,佩戴舒適,輕便易用;采用桌面控制模塊,能同時支持系4副手套;但是容易受用戶手尺大小影響,應(yīng)用過程中需要重新校正(防止手套與手指之間滑動帶來的誤差) ,另外光纖的疲勞問題(光纖使用時間過長導致精度下降或折斷)也值得注意。

    (2) Cyberglove是Virtual Technologies公司于1991年推出的。

    手套本體材料:彈性纖維,可拉伸,尺寸固定。

    傳感器:專利技術(shù)“壓電傳感器”。

    自由度(DOF) :手指關(guān)節(jié)的彎曲和外展、大拇指、手掌彎曲、手腕的彎曲和外展。

    空間定位:手腕處可安裝六自由度跟蹤器。

    測量精度: 0. 5°。

    最大采樣頻率: 112 Hz。

    接口: RS232,最高波特率115. 2 kbp s。

    應(yīng)用情況:可用于是虛擬現(xiàn)實、遙控機器人、醫(yī)學、CAD、手語識別、視頻游戲、音樂生成、手功能分析等。

    評價:質(zhì)地很輕,佩戴舒適,手掌處成網(wǎng)狀易于通風,指尖露出,便于用戶抓取、寫字等;專利“壓電傳感器”具有良好的線性和強健性,體型細小、柔軟,對彎曲基本無阻力,受安裝位置和手指的彎曲曲率半徑影響很小,保證傳感器準確可重復地測量手部運動,并對所有用戶校正標準一致。

    (3) Dataglove是5DT公司于1995年推出的數(shù)據(jù)手套系列(以5DTDataglove5為例) 。

    手套本體材料:彈性纖維,手套尺寸固定,適用面廣,分左右手。

    傳感器:光纖傳感器。

    自由度(DOF) : 5個手指的彎曲傳感器、手掌的傾斜和轉(zhuǎn)動。

    空間定位:無,可通過增加三維跟蹤器來實現(xiàn)。

    測量精度: 8位A /D采樣,漂移擾動小。

    最大采樣頻率: 200 Hz。

    接口: RS232,支持無線收發(fā)。

    應(yīng)用情況:被設(shè)計為三維輸入設(shè)備,適合對虛擬世界的控制和操作,手勢識別,物理療法和物理復原,遠程機器人的控制等。

    評價:質(zhì)量有保證,適合大眾的尺寸,左右手版本,佩戴非常舒適; PC的ISA總線可同時連接4個手套,開放式結(jié)構(gòu),鼠標仿真模式, VR 程序驅(qū)動,有DOS和W indows下的軟件開發(fā)包;但是對不同用戶需要重新校正,同樣也存在疲勞問題。