面向增强现实车间布局设计系统的人机交互语义模型

【摘要】增强现实技术的提出与发展为营造一个真实车间与虚拟设备相互融合的混合环境奠定了理论与技术基础。它提供了一种崭新的思路让设计师能够通过一种直观、自然的方式对布局方案进行设计与修改,并进行直接感官上的评价。目前传统的人机交互技术无法很好地满足操作者在混合环境下对布局方案进行直观、自然、高效的修改操作的要求。因此,有必要对混合环境下的人机交互方法进行研究。本文采用基于手势的交互方式进行车间布局设计,具体研究内容包括以下几个方面：第一,增强现实车间布局的分析及基本手势的定义。对增强现实车间布局设计中的交互特点(如活动范围有限性等)及交互需求进行分析,提取出具体的交互任务。研究在一定的活动范围内对大范围增强现实车间环境内的虚拟模型进行布置操作的方法。结合人们在日常生活中操作物体的行为习惯,对布局设计中的操作过程进行动作分解,提取并定义出基本手势。第二,交互语义模型的定义。建立基于手势变化的人机交互语义模型,该语义模型分为物理层、词法层、语法层、语义层四个层次。分析各层次的功能,并使用数学公式对其进行形式化描述。该交互语义模型使用数据手套和磁跟踪器作为手势输入设备,根据用户的手势变化、时序、手的移动及上下文信息,判断用户的不同操作意图(如添加、移动、旋转及删除模型等)。第三,交互语义模型的实例化。根据具体的操作过程,分析所使用的手势、手势的变化及操作条件,对交互语义模型各层次数据进行实例化(如手势集、手势变化集、操作意图集及交互规则集等)。对车间布局设计中包括的基本操作进行具体定义,并分析语义模型进行操作意图判断的过程。第四,交互语义模型的实现。基于数据手套提取用户的手势数据,通过k-近邻法建立手势模板库,并对用户输入的手势进行识别。根据识别出的手势,采用基于手势序列槽填充的形式,判断用户的手势变化。第五,系统的总体实现。使用相关的硬件设备和软件平台开发与实现了一个完整的增强现实环境下的车间布局设计系统。开发了一个基于Android移动终端的应用程序,用于辅助用户操作(如速度设定、文字备注、方案保存等)。通过运行实例对本文提出的研究方法与相关算法的可行性及效果进行了验证。
【作者】张帆；
【导师】李晋芳；
【作者基本信息】广东工业大学，机械工程，2014，硕士
【关键词】增强现实；车间布局；人机交互；语义模型；数据手套；手势识别；

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