物体从宏观尺寸延伸到微纳尺寸所表现出来的特性差别大，导致微纳操作方法与宏观操作方法不同。本文基于SEM图像，对SEM下纳米构件的操作方法及操作轨迹进行研究，借助数字图像处理技术实现纳米构件的位姿信息提取，使用Attocube定位设备、CHAI3D虚拟力觉技术、虚拟现实技术(VR)实现虚拟环境搭建及仿真。为提取纳米构件位姿信息，对SEM图像进行分析，分别使用区域标记法及OpenCV识别法快速识别并提取二维图像中不同物体位姿信息，通过实验比较二者的效率；提出Freeman链码边缘修复法，使不同物体接触时位姿信息提取更加可靠；针对图像模糊度进行实验，分析并建立SEM图像模糊度与探针Z向高度模型。为保证纳米构件操作稳定及成功率高，通过现有的力学模型，推导了纳米构件操作的约束条件；通过图像模糊度及Attocube的粗操作、精操作，实现探针Z向控制；分析纳米构件旋转平移过程，推导出构件旋转时旋转点及Attocube移动步数关系，建立了构件旋转、平移操作策略。最后，通过OpenGL快速建立虚拟三维环境，使用CHAI3D实现虚拟力觉交互；对原始骨骼球模型改进，从而使虚拟纳米构件能较逼真的模拟断裂情形；建立虚拟现实坐标映射关系，通过提取的三维位姿信息使虚拟现实构件位姿一一对应；使用建立的人机交互实验平台，完成ZnO纳米线的虚拟操作、交互式操作，并对实验结果进行分析。