[发明专利]虚拟手自动手势选择方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种虚拟手自动手势选择方法，属于智能人机交互领域。

背景技术

计算技术的巨大进步，使得人们可以借助图形技术和多种交互设备在虚拟环境中进行各种交互仿真实验和设计工作。在虚拟环境人机交互中像在现实世界中一样的直接操作是一个重要技术方面。虚拟手手势的动画是直接操作的基础设施。目前虚拟手手势的行为都是基于数据手套等设备通过对人的真实手指动作跟踪而获得的，这样的虚拟手的缺陷在于以下几点。其一，它依赖人的生理行为和生理感知，在交互中造成很大的认知负荷，也无法提供交互的其它语义信息，比如抓握的特征信息以及抓握的手势和深度信息；其二，基于碰撞检测算法，其算法复杂度很高，尽管人们提出了各种各样的改进算法来提高其效率，并没有克服其固有的复杂度，因而，在个人计算机上尚无法完全实现实时交互。

发明内容

本发明的目的是解决现有虚拟手技术所带来的认知负荷高的问题，从而提出了一种虚拟手自动手势选择方法。本发明的主要内容是根据生产和生活经验知识抽取出一套基本手势；构造具有真实感的虚拟手几何和手势动画。将虚拟手在虚拟环境中设计为主动对象，设计虚拟手的手势动态选择的算法，使得在虚拟环境交互过程中虚拟手根据用户交互意图的表达自主地转换手势。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的。

一种虚拟手自动手势选择方法，包括：

（1）为虚拟手设计一套在生产中和生活中常用的基本手势，形成虚拟环境基本手势集，用符号GesSet表示。所谓的手势是指参与抓握动作的手指组合和手指形态。

GesSet={Pnt,2fNip,3fNip,4fNip,5fNip,AGrab,PGrab,Grasp}。其中，Pnt为指点手势，指点手势为手背朝上，食指伸直摆放，拇指与手掌在同一平面并张开与食指成直角摆放其余三指指尖自然弯曲向下；2fNip代表用拇指和食指合作的捏手势；3fNip代表拇指、食指和中指合作的捏手势；4fNip代表用拇指与除小指外的其它四指合作构成的捏手势；5fNip代表用拇指与其它四指合作构成的捏手势；AGrab代表除拇指外其余并拢弯曲的四指所构成的抓握手势，拇指所指方向垂直于其余手指所在的每个平面，也称为偏握手势；PGrab代表拇指与其余并拢的四指相对，拇指所在平面平行于其它弯曲四指各手指所在平面的抓握手势，也称为对握手势；Grasp代表五指均匀侧向张开然后弯曲握紧的抓握手势。设定指点手势Pnt为初始手势，任何抓握手势都是从此手势转化而来。在4个捏手势中（2fNip,3fNip,4fNip，5fNip），都是拇指指尖与其它参与捏手势的部分手指指尖相对。

定义相关参数：

定义虚拟手局部坐标系：定义虚拟手的掌心某一点为虚拟手局部坐标系原点，用O_H表示；定义穿过坐标原点且与指点手势的食指矢量同方向的轴为虚拟手局部坐标系的主轴，用Major_H表示；定义在手掌平面上穿过坐标原点与主轴正交的轴线且与拇指指尖所指方向成锐角的方向为虚拟手局部坐标系的副轴方向，用Minor_H表示；定义穿过坐标原点与Major_H-Minor_H平面即手掌平面正交且从手背指向手心的的方向为第三轴方向，用The3thAxis_H表示，此三个轴构成右手定则。