触觉是人类对事物获得认知的重要途径之一,虚拟现实系统如果缺少了触觉就会大大降低其沉浸感和想象力,只具备视觉和听觉的虚拟现实系统是不完整的。基于视觉和听觉的产品建模系统依靠鼠标和键盘使设计师与虚拟环境中的产品进行交互,这种单调而不自然的人机交互方式往往让设计师对自己设计的产品产生距离感,不利于产品的创新设计。 首先,论文从虚拟现实出发,分析了力反馈技术的原理与实现手段,建构具有力反馈效果的虚拟现实环境,尝试将力反馈技术应用在产品建模与虚拟产品开发中。 虚拟触觉系统是一个触觉信息循环反馈的闭环系统,其中包含着虚拟环境与现实环境两者之间双向的信息传递。在力反馈虚拟现实设备中,力被作为向量的形式进行处理,论文认为常用的力反馈表达方式有基于动作的方式、基于时间的方式或者这两者的混合。为了计算虚拟环境中力反馈的大小与方向,论文借助“代理点”和“虚平面”的概念进行分析。代理点总是跟踪力反馈装置最末端操纵杆的位置(也就是人手的位置),当力反馈装置与虚平面发生了交叉之后,代理点就停留在虚平面上,以代理点和力反馈装置实际位置之间的距离来衡量应该反馈的力的大小。虚拟现实环境中,力反馈的一般模型为:F=A+R(V)+S(N)。 FreeForm系统是具有力反馈效果的虚拟现实设备,其操作完全接近自然,提供了直观的面向建模人员的用户界面,以一流的简易功能取代了令人头痛的计算机复杂程序,工作流程完全符合产品开发的一般过程,消除了设计师和产品之间的鸿沟,开启使用者与其设计之间的设计思想的流动之门,使用实体、类比界面来创建一个珍贵的、可调度的数位资料,允许设计师创建形态与功能理想调和的产品,使整个设计过程反映出设计师的感情、创作热情,并且完全按照设计师的意念撷取和制作,在虚拟产品开发的过程中发挥了巨大的技术优势。 然后,论文分析了FreeForm系统的构成、操作和其在虚拟产品开发中的应用情况。FreeForm系统支持.stl、.bmp、.jpg、.igs等多种数据格式,不但可以单独使用在设计流程中,而且可以在其他产品开发方式中