Моделирование перемещения аватара в пространстве и его взаимодействия с объектами виртуальной среды

• Автор: Ситалов, Дмитрий Сергеевич
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Новочеркасск
• Количество страниц: 204 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1 АНАЛИЗ МЕТОДОВ МОДЕЛИРОВАНИЯ АВАТАРА В СИСТЕМАХ ВИРТУАЛЬНОЙ РЕАЛЬНОСТИ ТРЕНАЖЕРОВ
1Л Анализ особенностей тренажеров, построенных с использованием технологий виртуальной реальности

1.2 Анализ действий операторов в виртуальной среде тренажера

1.3 Обзор методов и средств моделирования человека в системах виртуальной реальности

1.4 Анализ методов моделирования недоопределенных движений аватара

1.5 Постановка задачи моделирования перемещения аватара в виртуальной среде тренажера

1.6 Выводы по главе

2 МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ДВИЖЕНИЯ АВАТАРА В ВИРТУАЛЬНОЙ СРЕДЕ ТРЕНАЖЕРА

2 Л Разработка модели аватара как многозвенного комплекса
2.2 Общая структура модели аватара
2.3 Модель генерации определенных движений
2.4 Модель формирования недоопределенных движений в штатных и экстремальных ситуациях
2.5 Алгоритм определения конечной конфигурации руки при выполнении недоопределенного движения аватара
2.6 Выводы по главе
3 ОПТИМИЗАЦИОННАЯ МОДЕЛЬ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОНЕЧНОЙ КОНФИГУРАЦИИ РУКИ АВАТАРА И ЧИСЛЕННЫЕ МЕТОДЫ ЕЕ РЕАЛИЗАЦИИ
3.1 Решение задачи оптимизации положения руки аватара при выполнении недоопределенного движения

3.2 Исследование сходимости задачи оптимизации положения руки аватара
3.3 Численные методы решения задачи оптимизации положения руки аватара
3.4 Экспериментальное исследование временных характеристик методов численной реализации задачи оптимизации положения руки аватара
3.5 Выводы по главе
4 РАЗРАБОТКА ПРОГРАММНОГО КОМПЛЕКСА И РЕАЛИЗАЦИЯ МОДЕЛЕЙ ДВИЖЕНИЯ АВАТАРОВ В ВИРТУАЛЬНОЙ СРЕДЕ
ТРЕНАЖЕРА
4.1 Структура пакета прикладных программ, реализующего перемещение аватара в виртуальной среде тренажера
4.2 Анализ эффективности реализации модели формирования недоопределенных движений
4.3 Анализ способов построения геометрических моделей частей тела аватара в области суставов
4.4 Имитация присутствия в виртуальной среде тренажера аватара реально несуществующего оператора
4.5 Анализ результатов внедрения моделей движения аватара в
моделирующий комплекс тренажера
4.6 Выводы по главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЕ А ПРИЛОЖЕНИЕ Б. ПРИЛОЖЕНИЕ В

ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ
FIFO - First In, First Out
LERP - Linear Interpolation (линейная интерполяция)
SLERP - Spherical Linear Interpolation (сферическая линейная
интерполяция)
SUMT - (Sequential Unconstrained Minimization Technique)
ГМ - геометрическая модель
ГМ Союз-ТМА - геометрическая модель транспортного корабля
«Союз-ТМА»
ГМЗ - геометрическая модель Земли
ГМЗН - геометрическая модель звездного неба
ГММКС - геометрическая модель Международной космической
станции
ГМС - геометрическая модель Солнца
ГСТО - генерирование силовых и тактильных ощущений
ИИ - искусственный интеллект
МКС - Международная космическая станция
ММ Союз-ТМА - математическая модель динамики орбитального полета транспортного корабля «Союз-ТМА»
ММЗН - математическая модель звездного неба
МММКС - математическая модель динамики орбитального полета

ММСС - математическая модель динамики Солнечной системы
ОП - ограничивающий параллелепипед
ПД - перчатка данных
ПО - программное обеспечение
PC - рабочая станция
СВР - система виртуальной реальности
СМА - система моделирования аватара
СМВО - система моделирования визуальной обстановки
СТ - система трекинга
СФАО - система формирования акустической обстановки
СФИ - система формирования изображений
ТМК - тренажно-моделирующий комплекс

данного звена.
Рис. 1.14- Представление элементов скелета руки как твердых тел, связанных
пружинами
Рис. 1.15 — Соединение элементов тела аватара с помощью пружин Рассмотрим движение одного звена кинематической цепи руки аватара
под действием силы F (рисунок 1.16). Поскольку звенья аватара считаем жесткими и недеформируемыми, то можно применить аппарат физики твердого тела.
Движение элемента скелета можно рассматривать как движение твердого тела вокруг неподвижной точки. Такое движение описывается следующими уравнениями изменения количества движения и кинетического момента [50]: