【摘要】：力反饋技術(shù)是21世紀(jì)最偉大的技術(shù)創(chuàng)新之一,它不同于以往基于視覺與聽覺的鍵盤鼠標(biāo)等二維人機交互技術(shù),為使用者提供了一種更加自然和直觀的基于力和觸覺的人機交互方式。教育游戲,集教育性和娛樂性為一體,是教育技術(shù)領(lǐng)域的研究熱點。將力反饋技術(shù)引入教育游戲,用戶可以通過操縱力反饋設(shè)備與計算機生成的虛擬游戲場景進行交互,同時感知場景中物體的運動,獲得與真實世界一致的觸覺體驗。本文圍繞將力反饋融入兒童游戲過程中的一些關(guān)鍵技術(shù)進行研究,主要包括實時性碰撞檢測、力反饋信息處理和力反饋信息與圖形信息的同步顯示。本文的工作主要包括以下幾個方面:1.碰撞檢測實現(xiàn):當(dāng)場景中物體較多時,游戲交互中應(yīng)用程序所需的碰撞檢測時間增加,必然會降低交互的實時性。為了保證游戲交互的實時性,本文中的碰撞檢測分為兩個階段:模糊碰撞檢測階段和精細碰撞檢測階段。首先,獲取場景中物體的位置信息和運動情況,進行第一階段的模糊碰撞檢測;然后,依據(jù)得到的碰撞檢測結(jié)果決定是否進行下一階段的檢測,只有第一階段檢測到碰撞,才進入下一階段的精細碰撞檢測;最后,確定物體間發(fā)生碰撞的位置或者物體間沒有檢測到碰撞。2.力反饋信息處理:兒童通過力反饋設(shè)備與游戲場景進行交互時,應(yīng)用程序中會產(chǎn)生大量的力反饋信息,其處理結(jié)果直接影響兒童游戲過程中的觸覺體驗。本文首先依據(jù)上一步的碰撞檢測結(jié)果,確定場景中的力反饋裝置與物體的碰撞點;然后獲取交互過程中涉及到的物體的運動信息,包括兩物體的運動速度和方向;最后采用質(zhì)點彈簧模型,依據(jù)相應(yīng)的物理學(xué)運動規(guī)律,設(shè)計合適的力反饋模型以實現(xiàn)不同效果的力。3.多通道信息同步品顯示:為了使兒童在游戲中獲得與真實世界一致的交互體驗,應(yīng)用程序需要保持場景中視覺信息和力反饋信息渲染的一致性。由于視覺信息和力反饋信息的刷新頻率分別為30-60Hz/s和1000Hz/s,兩則存在較大差異。因此,本文首先分別為視覺信息和力反饋信息的處理建立線程,以方便每個線程按照各自的刷新頻率處理信息,并保存處理結(jié)果;其次,建立力反饋設(shè)備的運動空間和三維圖形繪制空間的映射關(guān)系;最后,獲取同一時刻的力反饋信息和圖形信息進行渲染,以保持多通道信息的同步顯示。在上述研究內(nèi)容的基礎(chǔ)上,本文對兒童識數(shù)游戲進行了界面與功能的設(shè)計,展示了力反饋技術(shù)在教育游戲中的應(yīng)用。
【圖文】：

元模型（上）和彈簧一質(zhì)點模型（下）圖２碰撞檢融合的應(yīng)用開發(fā)。其中，ＯｐｅｎＨａｐｔｉｃｓ是ＳｅｎｓｅＡｂｌｅ公的開發(fā)工具包，包括ＱｕｉｃｋＨａｐｔｉｃｓ邋ＡＰＩ、Ｈａｐｔｉｃ邋Ｄｅｖｉｃｅ邋的接口庫，能夠滿足不同用戶的設(shè)計需求ｍ］；邋ＣＨＡＩ３的支持多種力反饋設(shè)備的開發(fā)工具包，它具有較好力覺渲染算法的基礎(chǔ)上根據(jù)自己的需要設(shè)計新的渲染的方法支持新的力反饋設(shè)備｜｜２］。逡逑在不同教育層次中的應(yīng)用逡逑技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)（ＳＴＥＭ：邋Ｓｃｉｅｎｃｅ，Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，邋Ｅｎ會遇到－？些復(fù)雜抽象的內(nèi)容。研宄表明，針對這些內(nèi)策略，有助于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。在教學(xué)過程中，形式進行具體層次的學(xué)習(xí)，再從符號、公式等抽象層學(xué)，拉維克蘭（Ｒａｖｉｋｉｒａｎ）等人［１３】開發(fā)了支持力反饋的

元模型（上）和彈簧一質(zhì)點模型（下）圖２碰撞檢融合的應(yīng)用開發(fā)。其中，ＯｐｅｎＨａｐｔｉｃｓ是ＳｅｎｓｅＡｂｌｅ公的開發(fā)工具包，包括ＱｕｉｃｋＨａｐｔｉｃｓ邋ＡＰＩ、Ｈａｐｔｉｃ邋Ｄｅｖｉｃｅ邋的接口庫，能夠滿足不同用戶的設(shè)計需求ｍ］；邋ＣＨＡＩ３的支持多種力反饋設(shè)備的開發(fā)工具包，它具有較好力覺渲染算法的基礎(chǔ)上根據(jù)自己的需要設(shè)計新的渲染的方法支持新的力反饋設(shè)備｜｜２］。逡逑在不同教育層次中的應(yīng)用逡逑技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)（ＳＴＥＭ：邋Ｓｃｉｅｎｃｅ，，Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，邋Ｅｎ會遇到－？些復(fù)雜抽象的內(nèi)容。研宄表明，針對這些內(nèi)策略，有助于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。在教學(xué)過程中，形式進行具體層次的學(xué)習(xí)，再從符號、公式等抽象層學(xué)，拉維克蘭（Ｒａｖｉｋｉｒａｎ）等人［１３】開發(fā)了支持力反饋的
【學(xué)位授予單位】：南京師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：G613.7

【參考文獻】

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本文編號：2693152