Modeling of soft objects, measurement of elasticity, and real-time virtual system

软体建模、弹性测量、实时虚拟系统

基本信息

  • 批准号:
    10680403
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 1.98万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    日本
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
  • 财政年份:
    1998
  • 资助国家:
    日本
  • 起止时间:
    1998 至 2000
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Generally the objects that Virtual Reality deals with are solid and hard. However, there are many objects that are neither solid nor hard, i.e. soft and deformable objects. This research has been concerned with the approach to deal with such objects. We will define softness and measure the softness of actual soft, deformable objects. Two examples that were investigated are human face and a silicone cube. The softness has been defined as a relation between the force and displacement. To represent a soft object, we employed a spring network model which connects two adjacent nodes with a spring. In order to allocate nodes, we used a bubble mesh method which places equally spaced bubbles in a soft region. The criteria for deciding whether bubbles are connected or not was carried out through the Vornoi Diagram.Then the next problem is how to determine the spring constants of the model. We vary spring constants until the identical relation between force and displacement are obtainable between the real soft object and the virtual object. We constructed a specially designed system for measuring softness which consists of a laser displacement device and a force measurement device. To identify the spring constant, we set it to be identical locally. We set five measuring points on the silicone cube and nine points on a human face.After successful measurement of softness, we built a virtual reality system on a PC with a force feedback device, a PHANToM.It has been found that this system is able to give us an illusion of touching the silicone cube and the human face. It is expected that this system will open a new avenue for expanding the field of VR to treat soft objects.
通常,虚拟现实处理的对象都是坚硬的实体。然而,有许多对象既不是实体也不是硬的,即软的和可变形的对象。这项研究关注的是如何处理这类对象。我们将定义柔软度并测量实际柔软、可变形对象的柔软度。调查的两个例子是人脸和硅胶立方体。柔度被定义为力和位移之间的关系。为了表示软对象,我们采用了一种弹簧网络模型,该模型将相邻的两个节点与一个弹簧连接起来。为了分配节点,我们使用了一种气泡网格法,将等间距的气泡放置在一个软区域中。通过Vornoi图给出了判断气泡是否相连的判据,接下来的问题是如何确定模型的弹性常数。我们改变弹性常数,直到在真实的软物体和虚拟物体之间可以得到相同的力和位移关系。我们构建了一套专门设计的柔度测量系统,该系统由激光位移装置和测力装置组成。为了识别弹簧常数,我们将其设置为在本地相同。我们在硅胶立方体上设置了5个测量点,在人脸上设置了9个测量点,在成功测量柔软度后,我们在PC机上使用力反馈设备PHANToM构建了一个虚拟现实系统,该系统能够给人一种触摸硅胶立方体和人脸的错觉。预计该系统将为扩大VR领域治疗软性物体开辟一条新的途径。

项目成果

期刊论文数量(22)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
A.Tanaka,K.Hirota,T.Kaneko: "Deforming and Cutting Operation with Force Sensation"Journal of Robotics and Mechatronics. 12・3. 292-303 (2000)
A.Tanaka、K.Hirota、T.Kaneko:“利用力感觉进行变形和切割操​​作”机器人与机电一体化杂志 12・3(2000 年)。
  • DOI:
  • 发表时间:
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
A.Tanaka, K.Hirota, T.Kaneko: "Deforming and Cutting Operation with Force Sensation"J.of Robotics and Mechatronics. Vol.12, No.3. 292-303
A.Tanaka、K.Hirota、T.Kaneko:“利用力觉进行变形和切割操​​作”J.of Robotics and Mechatronics。
  • DOI:
  • 发表时间:
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
A.Tanaka, K.Hirota, and T.Kaneko: "Designing Shapes through Deforming and Cutting Operations with Feedback"J.of TVRSJ. Vol.4, No.3. 573-584 (1999)
A.Tanaka、K.Hirota 和 T.Kaneko:“通过反馈变形和切割操​​作设计形状”J.of TVRSJ。
  • DOI:
  • 发表时间:
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
広田光一,金子豊久: "仮想物体の弾性モデルに関する検討"計測自動制御学会論文集. 34. 232-238 (1998)
Koichi Hirota、Toyohisa Kaneko:“虚拟对象弹性模型的研究”仪器与控制工程师协会会议记录 34. 232-238 (1998)。
  • DOI:
  • 发表时间:
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
  • 通讯作者:
田中 厚子,広田 光一,金子 豊久: "仮想空間における切断作業" 日本VR学会論文集. 3・2. 47-53 (1998)
Atsuko Tanaka、Koichi Hirota、Toyohisa Kaneko:“虚拟空间中的剪辑工作”日本 VR 协会会议记录 3・2(1998 年)。
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    0
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High Speed Acquisition of Texture and Optical Property for a 3D object and Application to Preservation of Cultural Heritages
高速获取 3D 物体的纹理和光学特性及其在文化遗产保护中的应用
  • 批准号:
    14380143
  • 财政年份:
    2002
  • 资助金额:
    $ 1.98万
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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面部癌症手术的 3D 模拟
  • 批准号:
    09558039
  • 财政年份:
    1997
  • 资助金额:
    $ 1.98万
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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