力覚表現を考慮した仮想物体の変形手法

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  • リョクカク ヒョウゲン オ コウリョ シタ カソウ ブッタイ ノ ヘンケイ シ
  • A Method of Deforming Virtual Object with Force Feedback
  • コンピュータグラフィクス

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抄録

本研究では，変形操作にともなう力覚の表現について検討した．仮想空間における変形物体の力学的な表現には，これまでバネモデルが広く利用されてきたが，この方法は力学的な特性を表現するバネのネットワークと表面形状を表現するポリゴンモデルとが構造を共有しており，このため，変形計算の実時間性と形状表現の精度とがトレードオフの関係にあることが問題であった．本研究では，力学的な変形を記述するバネモデルと，対象物形状を記述するポリゴンモデルとを独立の構造として持たせ，バネモデルの変形に対してポリゴンモデルを空間補間の計算により変形させることで，操作の結果を形状に反映させる手法を提案する．これにより，バネモデルの構造を粗くとった場合でも滑らかな変形が実現され，また，力覚フィードバックに要求される短いサイクルタイムでの力計算が可能となる．本論文では，以上の考え方を実現する具体的な計算方法を論じる．空間補間には3次元のCoonsパッチの近似的な計算を用いた．また，直接操作を実現するために，変形操作中の指先の動きを操作点近傍の物体形状に反映する手法を提案した．これらの変形手続きを力フィードバックの実現された仮想空間に実装し，提案した手法により実時間での変形操作と力覚の表現が可能であることを確認した．

In this paper,we describe a method of simulating deformation of a virtual object and providing force feedback during the deformation.A spring model has commonly used as a physically based deformation model in virtual space.In this method,however,a spring network model shares the structure with a polygon model.Therefore it is difficult to reduce calculation time without losing the resolution of the surface of the polygon model on the surface.For solving the problem,we propose a new method which separates the problem of physical reaction and that of surface representation.The surface is represented by a geometry model while the force reaction isrealized based upon interpolation of force generated by a coarse spring model.We found that the object surface is smoothly deformed even though the spring model is much more coarsely defined.The computation time was reduced substantially for real-time operation.We implemented the models described above.In this way we could realize deforming an object with a force sensation in real-time.

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