虚拟现实(VR)与数据手套的研究

    国内外许多研究单位和公司在数据手套的研制开发方面做了大量的工作,并推出了一些采用不同传感器的数据手套产品,得到较成功的应用。下面分析几个主要产品的各项性能指标。

    (1) Dataglove (已注册商标)是VPL 公司于20世纪90年代推出的最早的数据手套,以模型4(根据手套模型的自由度区分手套型号)为例说明:

    手套本体材料:氯丁二烯橡胶布。

    传感器:专利技术“光纤弯曲传感器”。

    自由度(DOF) :手指关节的弯曲和外展、大拇指的复杂动作。

    空间定位:根据应用场合可选择三维空间的单独跟踪、快速跟踪或其他跟踪系统。

    测量精度: < 5°。

    最大采样频率: 160 Hz。

    接口: RS232,最高波特率115. 2 kbp s。

    应用情况:被设计适用于VR的医学应用,能作为功能评估、击打损伤恢复、生物工程、运动生理等输入设备。

    评价:专利传感器技术,结构紧凑,佩戴舒适,轻便易用;采用桌面控制模块,能同时支持系4副手套;但是容易受用户手尺大小影响,应用过程中需要重新校正(防止手套与手指之间滑动带来的误差) ,另外光纤的疲劳问题(光纤使用时间过长导致精度下降或折断)也值得注意。

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

    手套本体材料:弹性纤维,可拉伸,尺寸固定。

    传感器:专利技术“压电传感器”。

    自由度(DOF) :手指关节的弯曲和外展、大拇指、手掌弯曲、手腕的弯曲和外展。

    空间定位:手腕处可安装六自由度跟踪器。

    测量精度: 0. 5°。

    最大采样频率: 112 Hz。

    接口: RS232,最高波特率115. 2 kbp s。

    应用情况:可用于是虚拟现实、遥控机器人、医学、CAD、手语识别、视频游戏、音乐生成、手功能分析等。

    评价:质地很轻,佩戴舒适,手掌处成网状易于通风,指尖露出,便于用户抓取、写字等;专利“压电传感器”具有良好的线性和强健性,体型细小、柔软,对弯曲基本无阻力,受安装位置和手指的弯曲曲率半径影响很小,保证传感器准确可重复地测量手部运动,并对所有用户校正标准一致。

    (3) Dataglove是5DT公司于1995年推出的数据手套系列(以5DTDataglove5为例) 。

    手套本体材料:弹性纤维,手套尺寸固定,适用面广,分左右手。

    传感器:光纤传感器。

    自由度(DOF) : 5个手指的弯曲传感器、手掌的倾斜和转动。

    空间定位:无,可通过增加三维跟踪器来实现。

    测量精度: 8位A /D采样,漂移扰动小。

    最大采样频率: 200 Hz。

    接口: RS232,支持无线收发。

    应用情况:被设计为三维输入设备,适合对虚拟世界的控制和操作,手势识别,物理疗法和物理复原,远程机器人的控制等。

    评价:质量有保证,适合大众的尺寸,左右手版本,佩戴非常舒适; PC的ISA总线可同时连接4个手套,开放式结构,鼠标仿真模式, VR 程序驱动,有DOS和W indows下的软件开发包;但是对不同用户需要重新校正,同样也存在疲劳问题。