Haptic rendering of continuous parametric models

Abstract

Haptik gerçekleme kullanıcının sanal ortamla etkileşimindeki dokunmahissinin kullanıcıya aktarılabilmesi için gereken kuvvetlerin hesaplanması işlemidir.Haptik gerçeklemenin gerçeğe yakın alglanabilmesi yüksek orandahaptik gerçekleme algoritmalarına ve sanal ortamda yaratılan sanal nesnelerinmodellenme yöntemine bağlıdır. Sürtünme ve doku gerçeklemesi dekullanıcıyla sanal ortam arasındaki deneyimin gerçeğe yakınlığını arttırmadaönemli rol oynar. Literatürdeki haptik ve sürtünme gerçekleme algoritmalarının çoğu çok yüzeyli modeller için geliştirilmiştir. Bu algoritmalar sürekli parametrik yüzeylerin, kısa gösterim, yüksek derecede süreklilik veyüzey normallerinin hatasız hesaplanması gibi avantajlarından faydalanamazlar.Bu tezde sürekli parametrik modeller üzerinde doğrudan calışabilen bir sürtünme gerçekleme algoritması önerilerek geri besleme kararlılaştırmalı en yakın nokta takibine dayalı haptik gerçekleme algoritması geliştirilmiştir.Varolan diger yaklasmlardan farkl olarak onerilen surtunme gerceklememetodu cok duzlemli yuzeyler icin gelistirilen algoritmalara dayanmamaktadr. Bu algoritma surekli parametrik modellerin kullanldg haptik ger-ceklemede kayma yuvarlanma surtunmesini gerceklemektedir. Yuksek egimliyuzeyler de dahil olmak uzere parametrik modeller uzerinde dogrudan calsabilir.Bunlarn dsnda algoritma statik surtunmeden dinamik surtunmeye vedinamik surtunmeden statik surtunmeye gecise kuvvet surekliligini garantialtnda tutarak izin vermektedir. Ayrca surtunme katsaynn ayarlanmasnaizin vererek Stribeck efektini gerceklemektedir. Geri beslemeli kararllastrmaalt yaps sayesinde sapmaya ve numerik gurultuye kars gurbuzdur. Onerilenalgoritma islemsel olarak verimlidir, surtunmeyi uygulayabilmesi ve yeterliligibenzetimlerle ve gercek zamanl gercekleme ile gosterilmistir. Statikten dinamige, dinamikten statik surtunmeye gecisleri ve kosede statik surtunmeyisaglayacak onceden belirlenmis referanslar surtunme algoritmas ustunde testedilmistir.

Haptic rendering is the process of computing restoring forces that are requiredto generate a perception of touch between a user and a virtual environment.The realism of haptic rendering depends mainly on haptic rendering algorithmsand the modeling of virtual objects in a virtual environment. Frictionand texture rendering also play an important role in increasing the realism ofthe experience between a user and a virtual environment. The state of the arthaptic and friction rendering algorithms in the literature are developed forpolygonal models. These approaches can not benet from the advantages ofcontinuous parametric surfaces such as compact representation, higher ordercontinuity and exact computation of surface normals.In this thesis, a feedback-stabilized closest point tracking based hapticrendering algorithm is extended by introducing a direct friction renderingmethod for continuous parametric surfaces. Unlike the existing approaches,the proposed friction rendering method is direct and does not rely on thealgorithms introduced for polyhedral surfaces. This algorithm implementsthe stiction model of friction for haptic rendering of parametric surfaces. Itcan directly operate on parametric models and can handle surfaces with highcurvature. Furthermore, the algorithm allows transitions from sticking tosliding and sliding to sticking, as well as surface to surface transitions, withoutintroducing discontinuous force artifacts. The algorithm also allows fortuning of the friction coecient during the mode transitions to enable renderingof the Stribeck eect. Thanks to its feedback-stabilized core, it is robustagainst drift and numerical noise. The algorithm is computationally ecient(with respect to time and space); its applicability and eectiveness to simulatefriction are veried through simulations and real-time implementations.In particular, the friction rendering algorithm is tested using pre-determinedtrajectories that demonstrate successful rendering of static friction at a corner,the mode changes from static-to-dynamic and dynamic-to-static friction.