浅谈３D TOUCH技术—有触觉的设备Free Form(附N多视觉冲击图)

seven.xue

浅谈３D TOUCH技术—有触觉的设备Free Form
想深入了解的请与我联系

虚拟实境的想象空间
在许多电影情节中，虚拟实境已经不是稀奇的事，电影主角戴上头盔、穿上手套，东拉西扯一番，在计算机的画面上便已经撷取了一大堆的数据，真是方便，省却了键盘、鼠标、连接器，更没有硬、软盘的限制，网络便如高速公路一般，来去自如。
观看电影的人，除了惊呼科技的发达，计算机动画的进步神速之外，一定会觉得这种生活距离我们应该还很远，如果这么方便，学计算机一定是轻松简单的事了。由于职业上是CAD软件工程师，当然也就把这种幻想的虚拟实境功能，投影到我的职业领域中。
假如，CAD 软件，也可以戴上头盔、手套，经过一番加工一个Part 就如此完成，这不是省却许多耗时的软件操作时间吗？当然！但是现在有这样的设备吗？有！虽然还没有如同虚拟实境般的全域视野，也没有头盔、手套，但是它经由机械式的手臂带给使用者操作时的触感，真的喔！有触感的喔，也就是力回馈的装置，已经具备虚拟实境的一些基础了，相信这将是一大突破。
这是一套名为Free Form 的设备，除了软件之外另外的就是一个机械式的手臂，经由操作手臂的旋转、移动，画面上的刀具便跟着旋转移动，刀具接触到要雕刻的素材时，会有一个力量回馈到机械式的手臂上，让使用者感受到接触时的力量。这种技术称之为3D TOUCH技术。

Free Form系统的简介
3D Touch技术是由3种元素所构成，『PHANTOM』是硬件接口，乍看之下是一具小巧、灰黑色的简单手臂式机器，但是它提供了精确的坐标输入和准确的力馈输出，让使用者感受到对象表面的硬度、摩擦力。软件接口『GHOST』就像是『触觉』引擎一般，如同大脑的神经反应一般，它可以经由复杂的计算，处理由简单到高阶的触觉运算，例如坐标位置、摩擦力和硬度等，再由『PHANTOM』硬件接口输出力量，最后3D TOUCH的应用软件则将使用者所用的力道、移动位置、硬件输出的力量做结合。把运算结果反应到屏幕上数字黏土的变化，带给使用者更有效、更精确以及更有趣的工作体验。简单得说就如同雕塑实际的黏土一般简单，所不同的是结果呈现在计算机屏幕上。
3D Touch技术使得3D工作变得自然、直觉，它让使用者能利用这项技术而达到连续、双向的互动；Touch是〝全双工〞的感觉，它能够同时传送和接受讯息，3D Touch技术提供直接编修模型的能力，这意谓着我们能以较少的时间做较多的工作。
而以这项技术发展出的专业3D软件，也可以缩短我们的学习时间，因为我们接触的感觉原本就是3D的；这意谓着我们将可摆脱过去窗口的2D按钮和滚动条控制，进而以3D Touch的方法去完成我们的模型。

Free Form的计算机设备需求
    Free Form的计算机设备需求如何呢？原则上『全双工』的接口最好由双CPU来运算，速度才够快，因此基本的设备要求是双CPU的主机板，才能让硬件与软件同时运算。当然内存也是多多益善，不过基本要求512MB。
※        双Pentium 4 2.0GHz以上CPU
※        1024 MB以上内存
※        Windows 2000 With SP2以上
※        高阶3D绘图卡，需64MB内存且支持硬件Open GL

数字黏土的数据
    Free Form 所雕刻的数字黏土基本上是STL档案格式，也就是三角网格，针对三角网格的编修，来得到外型的变化，编修的情况是以刀具的形状来决定，而对于几何形状的规则变化，则有基本的2D CAD辅助，或由汇入2D图档的线段，来切割外观轮廓造型，或运用布尔运算的方式得到特殊的形状。
    但是最主要的仍然是由手持的刀具去刮、削或长出素材来取得详细的特征，而针对STL 三角网格的格式，可以在软件上设定网格的精细程度，越细的网格当然越能表现特征的细部纹路。

产品开发 / 制造：
目前计算机执行功能强大的3D专业软件，常发现一个问题，就是使用者无法充分使用这些软件，因为使用者被限制在软件接口的应用上，窗口接口和鼠标的使用大概在十几年前开始，而这些界面应用在传统的2D文书处理上，或许是非常合适的，但对于3D应用则显得不足；过去我们一直使用这些接口来创造出我们的产品，现在我们可以使用一种全新的接口，利用触感来突破这些瓶颈。
使用鼠标或键盘来进行CAD/CAM模型的关键性工程设计或制造分析，在目前来说或许仍是必须的，但有了3D Touch技术，工程师们能对3D软件容易上手、更快地完成设计，并且付诸工程制造，这一切都会将流程加速、缩短产品开发时程。
使用GHOST软件开发套件的CAD/CAM软件制造商，均能够在他们的应用程序中增加3D Touch的功能，这让软件使用者能够使用自然的方式，去完成数字模型，利用计算机〝感觉〞的这种方式，我们将可感受到3D模型外表的复杂变化。

Free Form 在设计流程中扮演的角色
基本上Free Form是可以有如上流程来得到设计结果，也就是经由CAD/CAM确认或是修改后再经由CNC加工得到成品。另一个方法就是经由快速原型机器（RP）得到快速原型，以供设计者检讨设计理念，或是验证设计。
    另外的一种应用，就是结合非接触式的量测设备，针对产品的设计变更来应用，流程如下：

    目前的非接触量测设备，多数都能量测到数量足够的点群，以避免特征失真，再产生STL档案格式（目前大多数量测设备都可以输出STL格式），交由Free Form 设备编修、增减工件的STL外观形状，来快速的达到设变的目的。
    当然，如果由原始的3D CAD 数据，产生STL 档案，在经由Free Form 来修改，也是一种应用。
如下面的例子便是：


计算机动画：
使用鼠标、键盘或数字板来制作3D计算机动画，的确比较困难且浪费时间的，过去对于计算机动画的动作编辑、数字着色或模型建构等，都缺乏简单的方法，且这些处理程序是冗长和困难的；使用GHOST软件开发套件后，动画软件公司将可使用3D Touch技术来加强他们的应用软件，并为软件使用者提供一个较自然和直接的接口，以改善生产力和动画处理流程。
使用触觉的界面─这种最自然的方法，将让使用者用手创造出想要的数字模型，利用这种方式，也可应用在计算机辅助雕刻、仿真对象运动以及3D模型的上彩和贴图，这种3D Touch界面的优点有：缩短动画软件的学习时间、缩短动画模型发展的时程、以及增加真实性和发挥无限的创意。


不限定应用在CAD 领域上
3D TOUCH技术会改变目前人们在3D计算机绘图的工作方式，它允许人们在真实的世界中，直接使用利用触觉的感觉为接口产生数字数据。这项技术的应用领域是无可限量的，设计师和艺术家可以利用数字黏土雕刻出他们想要的模型，工程师可以修改和评估复杂的3D数据，医生可以练习在现实环境中不可能施行的外科手术。
我们来想象一位艺术工作者的雕刻工作，有可能在雕刻失误后重来吗？有可能重复雕刻相同的对象吗？利用数字的数据经由软件这些都可轻易达成。在针对医学的领域，『触觉』对于医学外科的应用是非常重要的，今日的计算机设备已被广泛应用在医学领域中，这包括诊断、手术室管理和提供训练等，然而却未包含医学应用上非常重要的『触觉』。而在外科应用上，新的技术提供了物体表面真实的感觉，它允许外科医生和医学系学生，能够在外科练习手术上〝感觉〞虚拟病人，以缩短学习时间并提高手术成功率。遥控的设备，也可以利用接触的方式让使用者精确地操作机械手臂，避免机械式的设备无法精确的安置造成危险，可应用于处理危险物品或遥控载运工具。
目前，针对计算机断层扫瞄后的数据，可以经由软件转换为STL档案，由此可以取得人体骨骼的3D 三角网格，藉由Free Form设备自然可以编修这些骨骼的数据，以软件运算骨骼的破孔，来产生修补区域的形状（布尔运算），再以RP机器制作，如此一来建构义肢、或修补骨骼都能够既快速又方便。
Free Form设备相信是未来新一代的3D设计趋势，虚拟实境的先锋。

[ 本帖最后由 seven.xue 于 2006-12-30 12:20 编辑 ]

seven.xue

seven.xue

seven.xue

seven.xue

seven.xue

seven.xue

seven.xue

seven.xue

seven.xue