基于交互式多模型的VR系统头部运动预测算法与仿真

虚拟现实系统中的视觉延迟会严重破坏其沉浸感,是导致仿真病的重要原因之一。针对此问题,栽分析头部运动特点基础上,采用常速模型和"当前"统计模型构成的模型集合描述头部运动,建立了交互式多模型预测滤波器对头部位置进行预测,并对预测效果进行了仿真验证。仿真结果表明,相比以往采用单一、固定模型描述头部运动的预测器,该预测器提高了头部位置预测精度,从而更加有效地补偿了VR系统中的视觉延迟。

头盔伺服系统的主动柔顺控制

对头盔伺服系统(HMDPM)主动柔顺控制策略的主要内容———轨迹规划和控制方法进行了研究。首先,采用基于力反馈和滑动杆动力学模型的头部运动预测法进行轨迹规划,该方法利用并联机构(PM)分支杆长与运动平台位姿间的映射关系,通过力反馈信息和6-3UPS并联机构滑动杆动力学模型对头部运动进行预测,为头盔伺服系统的位置控制提供期望轨迹;然后,基于头盔伺服系统的动力学模型对系统的惯性项和非线性项进行了计算,设计了惯性项和非线性项补偿控制器,在进行头部运动跟踪的同时,实现了头盔显示器与头部间接触力的控制;最后,采用SimMechanics模块建立了HMDPM—人交互模型,并进行了相关验证实验。仿真结果表明,基于力反馈和滑动副滑动杆动力学模型的头部运动预测法能实时地、较为准确地预测出头部运动位置;基于动力学模型的惯性和非线性项补偿控制器不仅可以较为准确地跟踪头部运动,而且还能有效地减小头盔显示器与头部间的接触力,降低执行机构的刚度、减少系统摩擦力等非线性因素对使用者的干扰。