A Study on Virtual Assembly Simulation Using Virtual Reality Technology

Although a hand haptic interaction which provides direct and natural sensation is the most natural way of interacting with VR environment, the hand haptic interaction has still limitations with respect to the complexity of articulated hand and related hardware capabilities. Particularly, virtual assembly simulation which refers to the verification process of digital mockup in product development lifecycle is one of the most challenging topics in virtual reality applications. However, hand haptic interaction is considered as a big obstacle, because difficulty initial grasping and non-dextrous manipulation remain as unsolved problems. In this paper, we propose that common hand haptic interactions involves two separate stages with different aspects. We present the hand haptic interaction method enables us to stably grasp a virtual object at initial grasping and delicately manipulate an object at task operating by one's intention. Therefore, proposed method provides the robustness using grasping quality and dextrous manipulation using physically simulation. We conducted experiments to evaluate the effectiveness of our proposed method under different display environments -monoscopic and stereoscopic. From 2-way ANOVA test, we show that the proposed method satisfies two aspects of hand haptic interaction. Finally, we demonstrated an actual application of various assembly simulation for relatively complex models.

가상현실 기술을 이용한 가상 조립 시뮬레이션에 대한 연구

인간의 손은 현실의 사물과 인터랙션하는 가장 직접적이고 자연스러운 인터페이스라고 할 수 있으나, 가상 환경에서는 인간 손 관절체의 높은 자유도와 관련 인터페이스 장치의 한계로 말미암아 가상현실 애플리케이션에 활발히 도입되고 있지 못한 상황이다. 특히, 가상 조립 시뮬레이션은 제품 개발 단계에서 디지털 목업의 검증을 위한 프로세스로서 가상현실 애플리케이션 중 도전적인 주제라고 할 수 있다. 하지만, 가상의 객체를 파지(grasp)하기 어렵고 지속적으로 세밀하게 조작 할 수 없는 점 등은 핸드 햅틱 인터랙션이 가상 조립 등의 가상현실 애플리케이션에 적용 시 커다란 장벽으로 인식되고 있다. 본 논문에서는 핸드 햅틱 인터랙션을 두 관점에서 분석하여 각 단계별로 단계적 절차를 수행하는 방법을 제안하고자 한다. 인간이 사물을 쥐고 조작할 때, 손 안에서 사물이 빠져나가지 않도록 사물의 외형에 따라 손의 힘의 균형을 조절하는 견고함과 일단 사물을 쥐게 되면 손 안에서 인간의 의도를 반영한 정밀한 사물 조작이 가능한 세밀성이 가능한 핸드 햅틱 인터랙션을 제안하고자 한다. 제안된 알고리즘은 초기 grasp를 용이하게 하기 위해 품질평가척도를 통해 grasp의 견고함을 확보하고, 세밀한 조작성을 확보하기 위해 물리 기반의 시뮬레이션을 수행한다. 제안된 방법의 효율성을 평가하기 위하여 서로 다른 디스플레이 환경-모노, 입체 디스플레이-에서 실험을 수행하였다. 그리고 2-way ANOVA 테스트를 통하여 본 연구에서 제안한 충돌 전 grasp 단계와 충돌 후 조작 단계로 구분된 알고리즘이 앞서 언급한 두 관점을 모두 만족함을 보였다. 마지막으로, 제안된 인터랙션 방법을 이용하여 복잡한 그래픽 모델에 관한 가상 조립 시뮬레이션에 적용된 실 사례를 보였다.