双指力觉交互技术是研究虚实融合系统的技术，本书的研究成果在虚拟拆装、模拟训练、娱乐游戏、数据可视化等领域有重要意义，能够使操作者以直观而自然的方式与这个虚拟世界交互并获得与真实世界一致的视觉、听觉和力觉等感知。因此本书对于相关研究人员有极强的参考价值，推荐阅读。

本书主要阐述虚实融合的双指力觉交互技术以此构建了沉浸式虚拟现实系统。该系统实现虚拟空间与真实空间的统一视觉空间和力觉空间的统一用户可以与虚拟世界进行直接而自然的双指力觉交互。本书共6章分别为绪论、沉浸性虚拟环境的生成、大操作空间双指力觉交互系统的实现、力觉交互系统表现刚度、力觉空间与视觉空间的融合和双指直接力觉交互。本书针对虚实融合的双指力觉交互技术进行研究相关成果在虚拟拆装、模拟训练、娱乐游戏、数据可视化等领域有着重要意义。本书可为虚拟现实力觉交互技术领域的研究者和从业人员提供技术和分析方法也可作为机械电子工程及相关专业研究生的教学参考书。

李建，男，工学博士。2011年毕业于北京理工大学机械电子工程专业，获工学博士学位，毕业后任教于北京工商大学，曾任工业设计系主任，现为计算机与人工智能学院智能制造与机械工程系教师，硕士生导师。研究方向为绳索驱动机器人、力觉交互、3D打印、机电系统控制等。石文天，男，1980 年生，山东济南人，博士，博士研究生导师，北京工商大学计算机与人工智能学院教授。2006 年硕士毕业于北京理工大学；2009 年博士毕业于北京理工大学，同年进入北京工商大学工作，2011 年晋升为副教授，2012 年任机械工程系副主任，2019 年晋升为教授，2022 年任机械工程系主任兼机械工程学科负责人。

前言第1章绪论11.1虚拟现实简介11.1.1虚拟现实的概念与特征11.1.2虚拟现实的应用21.1.3沉浸式虚拟现实系统31.2虚拟现实系统中的力觉交互41.2.1多感知技术概述41.2.2融入力觉交互的虚拟现实系统研究现状51.3虚实融合的双指力觉交互技术111.3.1虚实融合的双指力觉交互技术的目标111.3.2虚实融合的双指力觉交互技术的主要内容11参考文献14第2章沉浸性虚拟环境的生成162.1立体场景的生成162.1.1立体感知原理162.1.2视差式立体显示技术172.1.3生成沉浸式环境的软硬件系统202.2真实感立体图像对的生成算法222.3真实感明暗处理及纹理映射242.4虚实统一262.5多屏幕融合282.5.1多屏幕融合的意义与挑战282.5.2多屏幕融合的实现方法302.5.3多屏幕融合的关键技术322.6实验及分析372.7本章小结38参考文献40第3章大操作空间双指力觉交互系统的实现423.1虚拟现实中的力觉交互423.1.1力觉交互分类423.1.2力觉交互性能指标473.2线绳式双指力觉交互系统的构成483.2.1绳驱并联机构483.2.2设备组成和基本结构 503.2.3控制系统设计513.3力觉交互功能的实现543.3.1并联机构运动学543.3.2动力学与力的分解593.3.3交互力工作空间分析653.3.4控制算法693.4本章小结72参考文献73第4章力觉交互系统表现刚度754.1力觉交互系统表现刚度和力觉交互系统模型754.1.1力觉交互系统表现刚度754.1.2力觉交互系统模型764.2采样系统对表现刚度的影响分析784.3操作者对表现刚度的影响814.3.1操作者的主动性在力觉交互中的作用814.3.2操作者手臂的机械阻抗特性影响834.4系统弹性对表现刚度的影响864.5位移量化误差对力觉交互过程稳定性的影响884.6虚拟连接器904.7本章小结93参考文献95第5章力觉空间与视觉空间的融合975.1系统中的空间坐标系975.1.1立体投影系统坐标系975.1.2视点坐标系985.1.3力觉交互系统坐标系995.2各坐标系之间的转化995.2.1力觉交互系统内坐标转化为投影系统内坐标995.2.2视点坐标转化为立体投影系统内坐标1005.3电磁跟踪器的注册与校准1035.3.1电磁跟踪原理1035.3.2电磁跟踪器的注册1055.3.3电磁跟踪器的校准1065.3.4FOB的物理参数及性能1125.3.5干扰问题的解决1125.4力觉交互系统坐标系校准1135.4.1线绳长度测量精度分析1135.4.2电动机空间位置的校正1155.5融合效果实验及结论1165.5.1实验方法1165.5.2实验结果及结论1175.6本章小结118参考文献120第6章双指直接力觉交互1236.1虚拟现实中的双指力觉交互1236.2双指力觉交互的实现1256.2.1抓取过程及双指交互力1256.2.2物理引擎的应用1296.2.3碰撞力的计算及表现1306.3双指交互实例1326.4本章小结134参考文献136

沉浸式虚拟现实系统旨在创建一个高度真实的三维虚拟世界操作者以直观而自然的方式与这个虚拟世界交互并获得与真实世界一致的视觉、听觉和力觉等感知。人类的力觉感知有这样一个特性:当各种混淆或者自相矛盾的信息呈现给感觉器官时力觉感知所提供的关于世界的线索是认知系统最为信任的。在沉浸式虚拟现实系统中力觉感知和交互是保证系统沉浸感和真实感的关键要素。本书针对虚实融合的双指力觉交互技术进行研究相关成果在虚拟拆装、模拟训练、娱乐游戏、数据可视化等领域有重要意义。　　为了实现真正沉浸式的虚拟环境首先应该实现虚拟空间与真实空间的融合统一。本书第2章深入研究了视差式立体显示技术原理采用真实感立体图像对的生成算法保证了立体成像位置的准确性。针对虚拟空间与真实空间的尺度不统一问题提出了以投影屏幕作为中介的尺度统一方法实现了虚拟空间与真实空间坐标系的重合。沉浸式虚拟现实系统对力觉交互设备有特殊的要求不但要有大的操作空间还要适合对虚拟物体的直接操作不能阻碍用户视线因此本书介绍了线绳式力觉交互系统。第3章主要阐述线绳式大操作空间双指力觉交互系统的实现问题。为提高力觉交互系统的表现阻抗范围第4章对力觉交互系统表现刚度进行了研究。为了实现对虚拟物体的第一人称直接操作做到;所触即所见必须保证视觉和力觉空间的精确融合。第5章研究了沉浸式虚拟现实系统中所涉及的坐标系对发生变形和位置检测不准确的坐标系进行了校正然后通过坐标转换将视点坐标系和力觉空间坐标系都统一到以投影屏幕中心为原点的投影系统坐标系中。第6章中研究了双指直接力觉交互用户不仅能触摸到虚拟物体而且能对其进行抓持、移动、翻转等操作。研究中将操作分为六种状态分别计算双指所受交互力结合物理引擎的应用极大提高了交互过程真实感。多人参加的评价实验表明融合后的系统基本消除了视觉和力觉感知冲突能实现对虚拟物体的直接操作。　　本书主要章节由李建完成写作石文天负责第2章中多屏幕融合部分的写作。本书的出版得到了北京工商大学的支持特此感谢!李建于北京工商大学2024年5月