[發(fā)明專利]面向虛擬現(xiàn)實牙科操作訓(xùn)練的多點接觸力覺反饋系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110278879.2
• 申請日: 2011-09-16
• 公開（公告）號: CN102693350A
• 公開（公告）日: 2012-09-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王黨校;張欣;劉帥
• 申請（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號: G06F19/00
• 分類號: G06F19/00
• 代理公司: 北京永創(chuàng)新實專利事務(wù)所 11121
• 代理人: 李有浩

1.一種面向虛擬現(xiàn)實牙科操作訓(xùn)練的多點接觸力覺反饋系統(tǒng)，其特征在于：該多點接觸力覺反饋系統(tǒng)包括有力反饋設(shè)備狀態(tài)讀取模塊(1)、球狀樹碰撞檢測模塊(2)、多點接觸碰撞響應(yīng)模塊(3)、力/力矩計算模塊(4)、工具模型(41)、多層次牙齒模型(42)、圖形顯示設(shè)備(43)和力反饋設(shè)備(44)；

力反饋設(shè)備狀態(tài)讀取模塊(1)讀取力反饋設(shè)備(44)的手柄運動軌跡并轉(zhuǎn)化為力覺工具末端位姿輸出給工具模型(41)和力/力矩計算模塊(4)；

球狀樹碰撞檢測模塊(2)采用層次化的遞歸碰撞檢測策略對工具模型(41)輸出的動態(tài)力覺工具球樹和多層次牙齒模型(42)輸出的靜態(tài)牙列球樹進行碰撞剔除處理，獲得葉節(jié)點的所有相交球體對；

多點接觸碰撞響應(yīng)模塊(3)采用碰撞響應(yīng)優(yōu)化模型對葉節(jié)點的所有相交球體對進行處理，得到圖形工具的末端位姿；

力/力矩計算模塊(4)依據(jù)廣義彈簧力模型對圖形工具末端位姿進行處理得到反饋力/力矩，并將反饋力/力矩輸出至力反饋設(shè)備(44)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的面向虛擬現(xiàn)實牙科操作訓(xùn)練的多點接觸力覺反饋系統(tǒng)，其特征在于：工具模型(41)依據(jù)Hubbard的內(nèi)軸理論對力覺工具(200)進行球狀樹的建模，得到力覺工具球樹；所述力覺工具(200)的球狀樹建模包括下列步驟：

建模第一步：將力覺工具(200)虛擬成一個球體，也是球狀樹的第0層，即根節(jié)點h表示力覺工具(200)；

建模第二步：對球體采用Hubbard的內(nèi)軸理論進行剖分，得到球狀樹的第一層的8個子節(jié)點；

建模第三步：對第一層的每個子節(jié)點采用Hubbard的內(nèi)軸理論進行剖分，得到球狀樹的第二層的64個子節(jié)點；

建模第四步：對第二層的每個子節(jié)點采用Hubbard的內(nèi)軸理論進行剖分，得到球狀樹的第三層的512個子節(jié)點；

建模第五步：對第三層的每個子節(jié)點采用Hubbard的內(nèi)軸理論進行剖分，得到球狀樹的第四層的4096個子節(jié)點，也是球狀樹的葉節(jié)點。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的面向虛擬現(xiàn)實牙科操作訓(xùn)練的多點接觸力覺反饋系統(tǒng)，其特征在于：多層次牙齒模型(42)依據(jù)Hubbard的內(nèi)軸理論對虛擬牙列(20)進行球狀樹的建模，得到虛擬牙列球樹；所述虛擬牙列(20)的球狀樹建模包括下列步驟：

建模第一步：將虛擬牙列(20)虛擬成一個球體，也是球狀樹的第0層，即根節(jié)點o表示虛擬牙列(20)；

建模第二步：對球體采用Hubbard的內(nèi)軸理論進行剖分，得到球狀樹的第一層的8個子節(jié)點；

建模第三步：對第一層的每個子節(jié)點采用Hubbard的內(nèi)軸理論進行剖分，得到球狀樹的第二層的64個子節(jié)點；

建模第四步：對第二層的每個子節(jié)點采用Hubbard的內(nèi)軸理論進行剖分，得到球狀樹的第三層的512個子節(jié)點；

建模第五步：對第三層的每個子節(jié)點采用Hubbard的內(nèi)軸理論進行剖分，得到球狀樹的第四層的4096個子節(jié)點，也是球狀樹的葉節(jié)點。