Raport asupra modalităţilor de interac - Robotica si Realitate Virtuala

ID_608 : INCOGNITO: Interactiunea Cognitiva Om - Mediu Virtual Pentru Aplicatii de
Inginerie
RAPORT ASUPRA MODALITĂŢILOR DE INTERACŢIUNE
1. Dispozitive folosite pentru interactiune in sistemele de realitate virtuala
1.1 Mănuşi cu senzori
Mnuile cu senzori sunt dispozitive folosite în realitate virtual pentru a da utilizatorului
posibilitatea folosirii micrii degetelor în interaciunea cu mediul virtual. In funcie de tehnologia
folosit se pot determina în timp real i cu diverse precizii poziiile degetelor în spaiu. Deoarece
sunt foarte eficace pentru transmiterea ctre calculator a informaiilor privind poziiile degetelor
mâinii, ca i a unor comenzi prin gesturi, mnuile cu senzori fr retur de for nu se prea pot
folosi la manipularea de obiecte virtuale cu uurin deoarece nu se poate contientiza momentul
contactului cu elementul virtual. De aceea, pentru moment aceste mnui sunt folosite cu precdere
în aplicaii pentru jocuri. Cele mai reprezentative astfel de mnui sunt prezentate în continuare.
a) VPL DataGlove
VPL DataGlove [Zimmerman 87], [Hong 88] este o mnu folosit pentru urmrirea micrilor
degetelor mâinii umane utilizând fibre optice dup cum se observ i din figura 2.6 a. Fibrele
optice fac o bucl în dreptul fiecrei articulaii ce se dorete a fi msurat iar valoarea unghiului
fiecrei articulaii este determinat prin msurarea intensitii luminii reflectate de ctre fibr.
Mnua are în componena ei 14 senzori, avantajul principal fiind constituit de dimensiunile i
masa proprie mic.
a) b)
Figura 2.6 a) Mnua VPL DataGlove [MacKenzie 95], b) Mnua Mattel/Nintendo PowerGlove [w24]
b) Mattel PowerGlove
Mnua PowerGlove [w24] (figura 2.6 b) folosete senzori de flexiune obinui dintr-un strat dublu
de cerneal conductoare compus dintr-o substan i o suspensie de particule de carbon. În
momentul în care materialul din care este compus mnua se îndoaie, distana dintre particulele
de carbon se mrete ducând astfel la mrirea rezistenei electrice a senzorului rezistiv. Aceast

diferen de rezisten electric este convertit în valori unghiulare dup o calibrare iniial.
Mnu este folosit pe platformele Nintendo pentru interaciunea cu obiecte virtuale din jocuri.
c) Exos Dextrous Hand Master
a) b) c)
Figura 2.7 a) Mnua Exos Dextrous Hand Master, b) Mnua exoscheletic Utah Dextrous Hand Master [w25],
c) Mnua Immersion CyberGlove [w9].
Exos Dextrous Hand Master [w25] este un exoschelet metalic ataat pe partea superioar a mâinii
umane. Unghiurile din articulaii sunt msurate cu ajutorul unor senzori magnetici Hall plasai în
articulaiile sistemului mecanic. Mnua urmrete poziiile pentru numai 4 degete dup cum se
poate observa i din figura 2.7 a), iar pe fiecare deget sunt montai 4 senzori. Sensibilitatea i
rezoluia sunt foarte ridicate datorit utilizrii acestor tipuri de senzori, spre deosebire de alte
mnui, dar aceast mnu sufer foarte mult din cauza dificultilor ce apar la calibrare.
d) Utah Dextrous Hand Master
Utah Dextrous Hand Master [w26] este un exoschelet alctuit din trei perechi de mecanisme
paralele, realizate cu precizie ridicat, articulate de-a lungul fiecrui deget. Acestea sunt ataate la
o baz imobil poziionat pe partea superioar a mâinii. Rotaiile se msoar cu ajutorul a 16
senzori Hall montai în articulaiile mecanismelor paralele. Spre deosebire de mnua VPL
PowerGlove sau de mnua Exos DHM aceast mnu nu se modific dup mâna utilizatorului.
Acest exoschelet are avantajul msurrii independente a unghiurilor pentru articulaiile aceluiai
deget. O astfel de interfa este prezentat în figura 2.7 b.
e) Immersion CyberGlove
CyberGlove [w9] (figura 2.7 c) este o mnu ce msoar deformaia curburii pentru fiecare deget
al mâinii utilizând 18 sau 22 de senzori rezistivi în funcie de model. Rezoluia senzorilor este de
0,5° i rmâne constant de-a lungul întregului interval de micare al degetului constituind un
avantaj pentru o calibrare rapid. Greutatea proprie a mnuii este mic.
f) 5DT Glove
În figura 2.8 a este prezentat o mnu 5DT Glove [w15]. Aceasta folosete pentru msurarea
unghiurilor din articulaiile celor 5 degete ale mâinii un numr de 5 senzori de flexiune cu fibr
optic. De asemenea aceast mnu are integrat i un senzor pentru msurarea celor dou grade

de libertate ale încheieturii mâinii spre deosebire de celelalte mnui prezentate anterior. Pentru
fiecare încheietur a degetului aceti senzori au o rezoluie dat de productor de 256 poziii dar în
realitate precizia mnuii nu se ridic la nivelul ateptat de rezoluie.
g) PinchGlove
a) b)
Figura 2.8 a) Mnua 5DTGlove [w15], b) Mnua PinchGlove [w27]
Mnuile PinchGlove [w27] (figura 2.8 b), spre deosebire de mnuile prezentate anterior, nu
msoar poziia în spaiu a elementelor componente ale mâinii umane. La capetele fiecrui deget,
aceste mnui au montate elemente metalice conductoare de electricitate pentru a detecta i
decoda contactul dintre vârfurile degetelor. În acest fel se poate interaciona cu mediul virtual întrun
mod intuitiv prin simpla atingere a degetelor între ele. Cu toate c funcionalitatea nu este foarte
complicat, aceste mnui au un pre ridicat.
1.2 Sisteme haptice pentru simularea atingerii (senzatie tactila)
Cu ajutorul acestor sisteme utilizatorul poate primi de la mediul virtual informaii haptice de mare
finee despre geometria, rugozitatea sau temperatura suprafeelor cu care intr in contact sau chiar
informaii despre alunecarea unui obiect sub propria greutate. Senzorii tactili i vibro-tactili sunt
indispensabili în cazul manipulrilor de obiecte în domeniul chirurgical.
In continuare vor fi prezentate cele mai reprezentative sisteme de acest fel, multe dintre acestea
fiind înc în stadiul de cercetare din cauza complexitii integrrii unui numr mare de actuatori
într-un spaiu mic.
a) FEELEX
Acest tip de interfa a fost realizat i dezvoltat de ctre universitatea Tsukuba din Japonia i
prezint dou versiuni FEELEX I i FEELEX II [w28].
FEELEX I (Figura 2.9 a) este un sistem pentru returul tactil, de dimensiuni mari, ce permite
utilizarea ambelor mâini cu întreaga suprafa a palmei. Dimensiunea activ este de 24 x 24 cm i
este format dintr-o matrice de tije acionate prin intermediul unor mecanisme urub cu bil de
ctre 6 x 6 motoare de curent continuu. Mecanismele urub cu bil transform micarea de rotaie a
motoarelor în micare liniar a tijelor i au avantajul autoblocrii în momentul opririi alimentrii

motoarelor cu scopul de a elimina deformaiile nedorite ce apar la aciunea forei aplicate de mâna
uman asupra sistemului.
a) b) c)
Figura 2.9 a) Interfaa tactil FEELEX I [w28], b) Interfaa tactil FEELEX II [w28], c) Interfaa tactil Karlsruhe
[w30]
Prin acionarea controlat a matricei de motoare se pot reprezenta diverse forme geometrice ale
obiectelor virtuale cu care utilizatorul intr în contact. Peste tijele dispozitivului este aplicat un
strat de cauciuc de 3 mm pentru a mri senzaia de imersie i pentru a proteja utilizatorul de
captul ascuit al lor. Pentru a msura fora produs de sistem în captul fiecrei tije este montat un
senzor de for rezistiv iar pentru msurarea deplasrii tijei sunt folosii senzori incremental optici.
Cursa maxim a deplasrii tijelor este de 80 mm, iar viteza maxim este de 100 mm/s.
FEELEX II (Figura 2.9 b) a fost dezvoltat cu scopul creterii rezoluiei tactile în cazul folosirii de
ctre medici în operaiuni de palpare virtual. Dimensiunea activ a acestui sistem este de 50 x 50
mm permiând utilizatorului atingerea cu ajutorul a maxim trei degete. Pentru acionare s-au folosit
23 tije curbate de 6 mm comandate de ctre servomotoare de curent continuu cu diametrul de 8
mm. Fora aplicat de utilizator este determinat prin msurarea curentului consumat în circuitul
de alimentare a servomotoarelor. Controlul motoarelor este realizat de la distan, fr fire.
Micarea de rotaie de la axul motorului este convertit în micare liniar a tijelor prin intermediul
unui mecanism format dintr-un arbore cotit i un lan. Cursa de deplasare a tijelor este de 18 mm
iar viteza maxim este de 250 mm/s. Fora maxim regsit la nivelul degetelor este de 1,1 Kgfor
pentru fiecare tij.
b) Interfaţa tactilă Karlsruhe
Aceasta este un sistem cu retur de for tactil ce poate fi interfaat cu un forceps flexibil folosit în
endoscopie realizat de ctre centrul de cercetare al departamentului de inginerie tehnologic din
Karlsruhe [w30]. Interfaa este compus dintr-o matrice de 3 × 24 actuatori cu ace ce totalizeaz 72
de actuatori. Aceste ace sunt acionate folosind electromagnei comandai cu o frecven maxim
de 600 Hz (Figura 2.9 c).
c) Immersion CyberTouch
CyberTouch [w9] sunt mici efectori vibro-tactili ataai la nivelul palmei i de captul fiecrui
deget al unei mnui standard CyberGlove [w9] (Figura 2.10 a). Aceti efectori pot fi programai

separat s genereze impulsuri i vibraii în funcie de obiectele întâlnite în mediul virtual.
Dezavantajul const în limitarea utilizrii acestui sistem cu alte mnui.
d) TELETACT
a) b)
Figura 2.10 a) Efectori vibro-tactili CyberTouch [w9], b) Efectorii tactili Teletact [Hennequin 90]
Teletact [Hennequin 90] este o mnu echipat cu 20 de mini balonae poziionate pe partea
inferioar a mâinii iar presiunea din acestea este controlat cu ajutorul unor electrovalve. Când
operatorul interacioneaz cu un obiect virtual aceste mici balonase se umfl exercitând o presiune
cu intensitate mic asupra pielii degetelor sau a palmei în funcie de locul în care s-a produs
contactul. Exist unele versiuni cu 30 de asemenea balonae. O astfel de interfa se poate observa
în figura 2.10 b.
e) Exos Touch Master
Este o interfa cu retur tactil ce utilizeaz 6-10 bobine audio excitate la 210 Hz cu amplitudine
variabil, montate la captul degetelor. Sistemul nu poate simula un numr mare de puncte de
contact din cauza diametrului mic al întrefierului bobinelor. Unii autori au observat o îmbuntire
cu 10% a manipulrilor de obiecte virtuale folosind aceast interfa [Patrick 90].
a) b)
Figura 2.11 a) Senzorii tactili Touch Master [Patrick 90], b) Vesta vibro-tactil Aura Interactor [w31]
f) Aura Interactor

Sistemul Aura Interactor [w31] este o vest din material plastic purtat pe spatele utilizatorului,
dup cum se poate observa în figura 2.11 b, ce primete la intrare semnalele audio produse de
ctre sistemele audio utilizate în timpul simulrilor în realitate virtual sau în jocuri. Aceste
semnale audio sunt prelucrate de ctre actuatorul Aura Magnetic aflat în interiorul vestei, creând
vibraii corpului uman sub form de impulsuri corespunztoare aciunii vizualizate. Aceste
impulsuri pot varia de la simple vibraii pân la bti pronunate printr-o simpl modificare
aplicat panoului de comand al vestei.
1.3 Interfeţe pentru interacţiunea cu retur de forţă în medii virtuale
Interfeele cu retur de for sau interfeele haptice, cum sunt numite în literatura de specialitate
[Burdea 03], [Bowman 05], sunt interfee cu ajutorul crora utilizatorii se imerseaz în mediul
virtual pentru a interaciona ori pentru a manipula obiecte modelate în acest mediu. De asemenea
acestea pot fi folosite i pentru telemanipularea unor brae robotizate aflate în locuri inaccesibile
factorului uman. Pentru ca imersia sa fie total, utilizatorul trebuie s poat vizualiza obiectele
virtuale în acelai loc în care se afl si mâna acestuia. În funcie structura mecanismului utilizat
putem avea interfee cu retur de for neportabile, exoschelete i interfee cu retur de for bazate
pe mecanisme cu contur deschis, cu contururi închise i exoscheletice.
1.3.1 Sisteme haptice bazate pe mecanisme cu contururi deschise (mecanisme seriale)
Au fost sintetizate în continuare principalele tipuri de dispozitive cu retur de for ce au la baza
funcionrii lor mecanisme seriale.
a) Sensable PHaNTOM
a) b) c)
d) e)
Figura 2.12 Diverse tipuri constructive ale interfeei Sensable PHaNTOM [w2],
a) PHaNTOM 1.0, b) PHaNTOM 1.5, c) PHaNTOM 3.0, d) PHaNTOM Desktop, e) PHaNTOM Omni

Dispozitivul haptic PHaNTOM [Massie 94], produs de ctre Sensable [w2] este cel mai rspândit
dispozitiv haptic de pe pia. Este fabricat în mai multe variante dimensionale dup cum se poate
observa i în figura 2.12. Acest tip de interfa este compus din elemente rigide articulate serial
controlate de motoare de curent continuu cu ajutorul unor cabluri metalice ce se înfoar pe un
tambur pentru a crete rigiditatea sistemului. Sistemul totalizeaz un numr de 6 grade de libertate,
dintre care doar 3 au retur de for, celelalte 3 fiind pasive, folosite doar pentru msurarea poziiei
în spaiu. Pentru msurarea poziiei în spaiu în cuplele pasive sunt montai traductori unghiulari
iar în cuplele active senzori incrementali optici montai pe motoare. Deoarece acest dispozitiv
interacioneaz cu un singur punct asupra mediului virtual, se pot simula rugoziti ale unor
suprafee, se pot împinge obiectele virtuale, dar nu se pot apuca obiecte cu scopul manipulrii lor.
Pentru atingerea acestui obiectiv sunt necesare dou sau chiar trei dispozitive de tip PHaNTOM ce
se pot ataa de vârful degetelor utilizatorului. Rigiditatea i forele dezvoltate difer în funcie de
model, la fel cum difer i spaiul de lucru. Spaiul de lucru pentru cel mai mare model constructiv
este de 838 x 584 x 406 mm iar fora maxim este de 22 N. Recent au aprut mici adaptoare ce
mresc numrul de grade de libertate al sistemelor de tip PHaNTOM la 7 (funcia de apucare fr
retur de for). Un dezavantaj major al acestor sisteme haptice este lipsa echilibrrii mecanice.
b) Haption Virtuose 3D şi 6D
Sistemele haptice Virtuose [w36] sunt similare constructiv cu sistemele de tip PHaNTOM.
Sistemul Virtuose 6D 40-40 (prezentat în figura 2.13 a) are 6 grade de libertate i poate dezvolta
fore de pân la 100 N având un spaiu de lucru de 400 mm. Momentul maxim simulat ajunge la 10
Nm. Sistemul Virtuose 3D are doar 3 grade de libertate la un spaiu de lucru de 250 mm.
a) b) c) d)
c) MPB Freedom 6S
Figura 2.13 Variante constructive ale interfeei haptice Virtuose
a) Virtuose 6D 40-40 [w36], b) Virtuose 3D 15-25[w36], c) Virtuose 6D 35-45[w36],
d) Schema cinematic a interfeei Virtuose 6D
Freedom 6S [w34] este o interfa cu retur de for cu 6 grade de libertate bazat pe elemente
articulate serial, bine echilibrat mecanic i cu fore de frecare în articulaii mici. O astfel de
interfa poate fi vzut în figura 2.14 a. Spaiul de lucru al acestui dispozitiv este de 17 x 22 x 33
cm iar fora maxim dezvoltat este de 2,5 N. Momentul maxim dezvoltat este de 0,6 Nm. Datorit
bunei echilibrri si a forelor de frecare mici, acest dispozitiv poate fi folosit cu succes în simulri
ori telemanipulri chirurgicale.

d) HBFD
HBFD [Moreyra 98] este un dispozitiv plan paralel cu dou grade de libertate folosit pentru
redarea forelor ce apar în timpul contactului cu obiecte virtuale grele i dure. Forele sunt realizate
cu ajutorul a dou motoare de curent continuu i transmise utilizatorului prin intermediul unor
cabluri rigide de oel.
Spaiul de lucru al acestui dispozitiv haptic este de 300 x 400 mm cu o rezoluie spaial de
aproximativ 0,0015 mm i o for maxim de 1200 N. Forele de frecare static se încadreaz în
intervalul 3,5 5,0 N. Acest dispozitiv poate realiza o duritate/rezisten virtual de pân la 70
kN/m. Se pot simula cuple cinematice de translaie cu dou grade de libertate cum ar fi deplasarea
unui plan pe alt plan, rotaiile nefiind permise.
a) b) c)
Figura 2.14 a) Interfaa haptic Freedom 6S [w34], b) HBFD [Moreyra 98] c) Schema cinematic HBFD
e) FSC HapticMaster
HapticMaster [w38] este un dispozitiv haptic cu trei grade de libertate (translaiile x, y, z) ce poate
genera fore puternice pentru simulri de greuti ori alte tipuri de fore comune activitilor umane.
Structura serial este asemntoare unui robot de tip SCARA. Acest dispozitiv citete fora cu care
utilizatorul acioneaz asupra lui prin intermediul unor senzori de for montai pe el. Fora
msurat este folosit pentru a controla braul robotic programabil pentru a rspunde utilizatorului
cu o micare (acceleraie, vitez, poziie) spre deosebire de marea majoritate a sistemelor haptice
care rspund cu o for. Acest tip de control are probleme de stabilitate a dispozitivului în cazul în
care forele aplicate sunt foarte mici.

a) b)
Figura 2.15 a) Interfaa haptic FSC HapticMaster [w38], b) Interfaa haptic chirurgical Xitact IHP [w39]
Fora maxim pe care o poate dezvolta acest dispozitiv este de 250 N iar viteza este de maxim 1
m/s. Frecventa de comand este de maxim 2500 Hz. Rigiditatea pe care o poate simula este de
maxim 5x10 4 N/m. Spaiul de lucru este destul de mic în comparaie cu dimensiunile acestui
dispozitiv.
f) Xitact IHP
Xitact IHP [w39] este o interfa cu retur de for proiectat s urmreasc micarea unui
instrument folosit la operaii (laparoscop) pentru a genera retur de for realistic rezultat în urma
simulrilor de operaii cu invazie minim. Acest dispozitiv are 4 grade de libertate, 3 rotaii date
de 3 cuple de rotaie i una de translaie. Pentru axa de translaie poate genera o for de pân la
30N iar pentru celelalte axe în jur de 1,4 N. O privire de ansamblu a acestei interfee precum i
schema cinematic de funcionare este prezentat în figura 2.15 b.
1.3.2 Sisteme haptice bazate pe mecanisme paralele
Sunt prezentate în continuare principalele tipuri de dispozitive haptice ce au la baza funcionrii lor
mecanisme paralele. Mecanismele paralele sunt des utilizate în sistemele haptice deoarece sunt mai
precise i pot genera fore mai mari decât cele seriale.
a) Pantograph
Dispozitivul cu retur de for Pantograph [Campion 05] este un simplu mecanism plan cu dou
grade de libertate controlate, dup cum se poate vedea i în figura 2.16. Acest dispozitiv poate
înlocui cu succes un maus obinuit pentru operaii ce necesit poziionare precis în plan. Se pot
simula fore i rigiditi mari iar spaiul de lucru poate varia în funcie de model. Dezavantajul
major apare într-un mediu virtual cu trei dimensiuni, unde cele dou grade de libertate sunt
insuficiente pentru poziionare i interaciune. Cu acest tip de dispozitiv se pot simula cuple
haptice cu dou grade de libertate.
b) Quanser 3DOF Pantograph
Figura 2.16 Pantograph [Campion 05]

Quanser 3DOF Pantograph [Constantinescu 00], [w35] este o interfa haptic cu 3 grade de
libertate ce permite realizarea micrilor de translaie în plan i micarea de rotaie în jurul unei
singure axe. Aceste micri sunt realizate cu ajutorul unui aranjament de dou mecanisme planparalele
ce sunt conectate între ele prin intermediul unei bare de legtur pe care este montat un
mâner, dup cum se poate vedea în figura 2.17 a). Bara de legtur realizeaz o manivel ce
permite mânerului s se roteasc 360 grade. Forele sunt generate de ctre montoare de curent
continuu montate la baza articulaiei fiecrui mecanism plan. Cu acest tip de interfa haptic se
pot simula cuple de contact de tip plan-plan.
a) b)
Figura 2.17 a) Quanser 3DOF Pantograph [Constantinescu 00], b) Quanser 5 DOF Haptic Wand [w35]
c) Quanser 5 DOF Haptic Wand
Quanser 5 DOF Haptic Wand [w35] este o interfa haptic cu 5 grade de libertate ce permite
realizarea a trei translaii i a dou rotaii. Constructiv este format la fel ca i interfaa Quanser
3DOF Pantograph dintr-un aranjament de dou mecanisme plan-paralele, dup cum se observ în
figura 2.17 b. Fiecare mecanism este antrenat de dou motoare montate în partea superioar a
interfeei, iar înc dou motoare, mai puternice, sunt montate la mijlocul interfeei. Capetele celor
dou mecanisme plan-paralele sunt conectate între ele prin intermediul unei tije ce are montate la
capt cuple universale (cardanice).
d) Rutgers Ankle

Este o interfa haptic paralel bazat pe o platform de tip Stewart cu 6 grade de libertate, prin
intermediul creia utilizatorul poate interaciona cu obiectele din mediul virtual folosind piciorul.
Interfaa este acionat de patru cilindri pneumatici, fiecare cilindru având montai senzori
poteniometrci pentru msurarea poziiei [Girone 01]. Între piciorul uman i cilindrii pneumatici
este intercalat o platform ce conine senzori de for 3D folosii pentru msurarea forelor i a
momentelor de torsiune ce apar în platform. Cilindrii sunt realizai cu mare precizie pentru o
micare uoar a platformei cu riscuri minime. Aceast platform este folosit pentru reabilitarea
de la distan a pacienilor cu deficiene motorii. O privire de ansamblu a interfeei este prezentat
în figura 2.18 a.
a) b)
Figura 2.18 a) Interfaa haptic Rutgers Ankle [Girone 01], b) Interfaa haptic
Cobotic Hand Master [Faulring 04],
e) Cobotic Hand Master
Cobotic Hand Master [Faulring 04] este o interfa cu retur de for cu 6 grade de libertate ce
utilizeaz pentru funcionarea cinematic un mecanism paralel 6-PUS. Legturile proximale sunt
cuplate cu legturile distale folosind o articulaie sferic. Legtura distal este cuplat torsionat de
platforma efectorului final prin intermediul unei cuple cardanice. Micarea de translaie a
mecanismului paralel al efectorului final este realizat prin intermediul a 6 dispozitive de acionare
liniare ce sunt cuplate la un cilindru de putere central. Dispozitivul are o redundan de acionare,
având 6 motoare rotative i un motor pentru acionarea pistonului. O privire de ansamblu al unei
reprezentri CAD a interfeei este prezentat în figura 2.18 b).
f) CEA - mâner cu retur de forţă

Aceasta este o interfa haptic cu 6 grade de libertate realizat dintr-un corp cilindric lung, ce
poate fi strâns de ctre mâna utilizatorului. Dispozitivul are ataat la captul superior o parte
mobil ce este legat de partea inferioar, considerat fix, prin intermediul unei tije cu dou
articulaii sferice care împing i a 6 cabluri care trag [Bouzit 95]. Configuraia acestei interfee este
similar cu cea a unei platforme Stewart. Mânerul este învelit cu un material spongios ce ader
bine la mâna uman, diametrul exterior fiind egal cu 32 mm. Aceast interfa este controlat de
ctre 7 motoare alimentate cu acelai curent continuu realizând o for în cabluri de maxim de
1Nm. Transmisia prin cabluri este protejat de o teac flexibil. Frecvena de comand este de
aproximativ 150 Hz. Poziionarea unghiular a prii centrale în jurul cuplei sferice centrale este de
±15° pe axele (x) respectiv (y) i de ±60° pe axa (z).
g) Haptic master (Tsukuba)
Figura 2.19 Interfaa haptic portabil CEA [Bouzit 95]
Haptic Master [w29] este o interfa pentru returul de for la contactul cu obiectele virtuale,
dezvoltat de ctre universitatea din Tsukuba Japonia [w29], ce are la baza funcionrii lui un
mecanism paralel spaial de tip Stewart cu 6 grade de libertate. Forele sunt generate cu ajutorul a
trei motoare de curent continuu montate la baza dispozitivului, i acioneaz trei brae formate din
elemente articulate serial ce pot fi vzute în figura 2.20 a. Braele articulate se leag de platforma
mobil prin intermediul a 3 articulaii sferice. Spaiul de lucru este aproape sferic, cu un diametru
de 40 cm. Unghiurile din articulaii sunt msurate cu ajutorul unor poteniometrii iar încrcarea
maxim posibil este de 2,5 Kg.

a) b) c)
Figura 2.20. a) Interfaa haptic Tsukuba Haptic Master [w29], b) Interfaa haptic cu 6 grade de libertate Delta
[w32], c) Interfaa haptic Omega [w32].
h) Force Dimension Delta şi Omega
Interfaa haptic Delta [w32] este un dispozitiv haptic bazat pe un manipulator Delta ce poate avea
de la 3 la 6 grade de mobilitate în funcie de configuraie. Aceste grade de mobilitate sunt 3
translaii realizate de structura paralel Delta i 3 rotaii realizate de modulul de apucare. Acest
dispozitiv este capabil s dezvolte fore mari de pân la 25 N într-un spaiu de lucru cu un diametru
de 30 cm i o lungime de 30 cm. Datorit designului i a poziionrii la baza dispozitivului a
actuatorilor, acest dispozitiv poate realiza rigiditi mari, decuplarea translaiilor i a rotaiilor i o
inerie mic. Aceste caracteristici permit acestei interfee haptice s redea cu mare fidelitate i
calitate informaiile kinestezice i tactile. O privire de ansamblu al acestei interfee este prezentat
în figura 2.20 b). Varianta compact, realizat la un pre mai redus este numit Omega [w32] i
poate fi vzut în 2.20 c). O alt interfa cu aceeai funcionalitate cu interfaa haptic Delta i
Omega este i interfaa haptic Novint Falcon [w33], ce este prezentat în figura 2.21 b).
a) b)
Figura 2.21 a) Interfata haptica Virtuose 6D Desktop [Gosselin 05], [w36], b) Interfaa haptic Novint Falcon [w33]
i) Haption Virtuose 6D Desktop
Haption Virtuose 6D [Gosselin 05], [w36] este o interfa haptic cu 6 grade de libertate active
(retur haptic pe toate cele 6 grade de libertate) construit prin articularea a trei brae seriale într-o
platform paralel. Braele seriale sunt articulate la baza dispozitivului haptic cu ajutorul unor

articulaii cardanice. Motoarele de acionare sunt montate la baza dispozitivului pentru a micora
ineria dispozitivului. Spaiul de lucru al acestei interfee este sferic cu un diametru de 12 cm iar
fora maxim ce o poate dezvolta este de 10 N. O privire de ansamblu al acestei interfee este
prezentat în figura 2.21 a).
j) Cubic3
Este o interfa pentru interaciunea cu retur de for cu 3 grade de libertate format din trei brae
articulate serial ce formeaz împreun un mecanism paralel de tip Stewart, dup cum se poate
vedea i în figura 2.22 a [w34]. Returul haptic este realizat cu ajutorul a 3 motoare ce au montate
pe axul lor senzori de poziie pentru a calcula poziia în spaiu a efectorului final. Spaiul de lucru
al acestei interfee este de 33 x 29 x 22 cm iar fora maxim este de 2,5 N. Rezoluia deplasrii este
de 20 µm iar cea a forei este 1,5 mN. Sistemul este echilibrat mecanic, are fore de frecare mici i
are o greutate proprie de 11 kg.
a) b)
Figura 2.22 a) Interfaa haptic Cubic 3 [w34], b) Interfaa haptic PERCO - 3DofJoy [Avizzano 05]
k) PERCO - 3 DofJoy
3DofJoy [Avizzano 05], [w37] este un dispozitiv de birou ce a fost proiectat s transmit fore pe
direcii arbitrare. Are la baza funcionrii lui un mecanism paralel inovativ cu ajutorul cruia se pot
obine caracteristici de rigiditate i dinamic ridicate. Constructiv, mecanismul paralel este realizat
prin conectarea platformei de translaie la baza dispozitivului prin intermediul a trei brae articulate
serial. Aceste brae sunt formate din dou elemente articulate între ele printr-o articulaie cilindric
de rotaie i articulate de baz i platforma de translaie prin intermediul a dou cuple cardanice,
totalizând 5 grade de mobilitate. Acionarea este realizat cu ajutorul a 3 motoare de curent
continuu poziionate în apropierea bazei, cu scopul de a reduce masa inerial a dispozitivului.
Transmisia forelor este realizat prin intermediul unui sistem de cabluri. Micarea de translaie
este obinut prin poziionarea i orientarea corespunztoare a articulaiilor. Nu exist redundan
în mecanismul paralel.
l) SHaDE
SHaDE [Birglen 02] este o interfa haptic cu 3 grade de libertate dezvoltat de ctre laboratorul
de robotic de la Universitatea din Laval, i este bazat pe un mecanism paralel sferic 3-3R.

Mânerul de acionare este situat în centrul micrii sferice a celor 3 rotaii. Acionarea se realizeaz
cu ajutorul a 3 motoare de curent continuu plasate la baza articulaiilor mecanismului. O privire de
ansamblu a acestei interfee este prezentat în figura 2.23 a).
a) b)
Figura 2.23. a) Interfaa haptic paralel-sferic SHaDE [Birglen 02], b) Interfaa haptic Testbed [Lee 02]
m) Testbed
Testbed [Pao 98], [Lee 02] este o interfa haptic, realizat de ctre Universitatea din Colorado,
ce are la baza funcionrii ei un mecanism paralel cu 6 grade de libertate, acionat de numai 5
motoare prin intermediul a 5 legturi UPS. Fiecare legtur UPS este prins la baz de un
dispozitiv de acionare cu frecare prismatic prin intermediul unei articulaii cardanice, iar la
cellalt capt este prins de mânerul dispozitivului haptic prin intermediul unei articulaii sferice.
Mânerul are form de creion i este conectat cu 3 legturi într-o parte i cu 2 în partea opus.
Micarea de rotaie în jurul axei longitudinale a mânerului este aproape de neutilizat în momentul
în care mânerul este prins în mâna, ceea ce reduce numrul gradelor de libertate active la 5. O
vedere de ansamblu a acestei interfee este redat în figura 2.23 b).
1.3.3 Sisteme haptice exoscheletice
Interfeele cu retur de for (haptice) portabile sunt acele interfee care se pot deplasa odat cu
utilizatorul, nedepinzând de o baz fix. Portabilitatea sistemelor haptice actuale reprezint o mare
problem deoarece sursele generatoare de for sunt în general mari consumatoare de energie. Cele
mai multe astfel de interfee sunt mnui cu retur de for, deoarece mâna reprezint principala
unealt a omului pentru manipularea obiectelor din mediul înconjurtor i implicit i a celor din
mediul virtual. Cele mai reprezentative astfel de interfee sunt prezentate in continuare.
a) Exos Safire
Interfaa haptic SAFiRE [Exos 95] a fost dezvoltat de ctre compania Exos i are 8 grade de
libertate (3 pentru degetul mare, 3 pentru degetul arttor i 2 pentru degetul mijlociu).
Returul de for pentru degetul arttor este realizat de ctre mini-motoare de curent continuu
plasate deasupra degetului în dreptul axelor articulaiilor inter-falangiene (Figura 2.24). Momentul
dat de motoare variaz în funcie de articulaia controlat între 0,35 i 7 Nm iar greutatea proprie a
sistemului este de aproximativ 2,5 kg. Din pricina greutii si dimensiunilor mari creterea
numrului gradelor de libertate devine un obiectiv dificil de atins iar utilizarea un timp îndelungat
poate fi o experien dureroas.

Figura 2.24 Interfaa haptic Safire [Exos 95]
b) Rutgers Master II
A doua generaie a dispozitivului Rutgers Master, numit Rutger Master II [Bouzit 02], este o
interfa om-maina cu 4 grade de libertate pentru returul de for haptic generat de un sistem de
realitate virtual.
La baza funcionrii sistemului stau nite pistoane pneumatice ce sunt montate în palma mnuii.
Când un obiect virtual este plasat în mâna virtual, mâna utilizatorului se poate închide în jurul
acestui obiect dând senzaia de volum. Când degetele întâlnesc rezisten din partea obiectului, în
realitate presiunea în pistoane este mrit realizând astfel senzaia de rezisten din partea
obiectului virtual.
c) Immersion CyberGrasp
a) b) c)
Figura 2.25 Interfaa haptic Rutgers Master [Bouzit 02].
CyberGrasp [w9] este un exoschelet cu greutate mic ce se monteaz peste mnuile CyberGlove
[w9] i aduce acestora retur de for pentru fiecare deget în parte. Cu ajutorul sistemului cu retur
de for CyberGrasp, utilizatorul poate simi dimensiunile i forma obiectelor 3D generate de ctre
calculator într-un program de realitate virtual sau într-un program CAD adaptat. Dispozitivul
exercit fore de strângere ce sunt aproximativ perpendiculare pe vârful degetelor de la un capt la
altul al cursei de micare a acestora, aceste fore fiind programate individual. Forele de strângere
sunt generate de o reea de cabluri conectate la degetele utilizatorului asemntor unui exoschelet.
Aceste cabluri sunt acionate de 5 actuatori, câte unul pentru fiecare deget, ce pot fi programai
individual pentru a nu lsa vârful degetelor utilizatorului s ptrund în obiectul virtual solid.

Figura 2.26 Interfaa haptic Immersion CyberGrasp [w9].
d) Exos Force ArmMaster
Exos Force ArmMaster [Exos 93] este un exoschelet ce se monteaz pe braul drept uman i are 5
grade de libertate active, 3 pentru umr, unul pentru cot i unul pentru încheietura mâinii, dup
cum se poate observa în figura 2.27 a). Exoscheletul poate realiza fore în intervalul 13 - 40 Nm
asupra braului. Greutatea acestuia este de aproximativ 2,2 kg. Pentru transmiterea forei i
msurarea poziiei sunt folosite 5 motoare de curent continuu i un sistem de cremaliere legate de
articulaiile braului uman.
a) b)
Figura 2.27 a) Exoscheletul Exos Force ArmMaster [Exos 93], b) Exoscheletul ARTS Lab. Arm Exoscheleton
[Bergamasco 94]
e) ARTS Lab. Arm Exoscheleton
ARTS Lab. Arm Exoscheleton [Bergamasco 94] este o structur mecanic cu 7 grade de libertate
ce corespund articulaiilor unei mâini umane de la umr pân la încheietura mâinii i poate fi
vzut în figura 2.27 b). La nivelul umrului sunt montai 3 actuatori ce dezvolt momente de pân
la 20 Nm iar la nivelul cotului sunt plasai ali 2 actuatori ce dezvolt momente de pân la 10 Nm.
La încheietura mâinii sunt plasai ceilali actuatori ce dezvolt momente de pân la 2 Nm.
Greutatea total a structurii mecanice este foarte mare, de peste 10 Kg.

f) FREFLEX
Acesta este un bra exoscheletic prototip ce este utilizat pe o platform de investigaie cu control în
timp real ce ofer utilizatorului retur de for de la un robot aflat la distan sau de la un mediu
virtual generat pe calculator. FREFLEX [Williams 98] este format din 7 articulaii aranjate
asemntor cu articulaiile unui bra uman. Transmisia forei se realizeaz prin intermediul unui
sistem de cabluri de la motoarele electrice plasate la baza dispozitivului. Aceast interfa poate fi
vzut în figura 2.28 a).
a) b)
Figura 2.28 a) Exoscheletul FREFLEX [Williams 98], b) Sarcos Dextrous ArmMaster [w40]
g) Sarcos Dextrous ArmMaster
Sarcos Dextrous ArmMaster [w40] este un dispozitiv exoscheletic ce se ataeaz de braul
utilizatorului având avantajul unui spaiu de lucru mare, ce depinde de dimensiunile braului uman.
Dispozitivul utilizeaz actuatori hidraulici, cu precizie ridicat, pentru a genera fore dinamice de
întindere mari în articulaii, pentru cele 10 grade de libertate ale lui. În figura 2.28 b) se poate
vizualiza un utilizator care realizeaz o telemanipulare a uni bra robotic, utilizând acest tip de
interfa.
h) SMU MasterArm
SMU MasterArm [w19] este un exoschelet din aluminiu cu 4 grade de libertate ce se ataeaz de
mâna uman dreapt, aa cum se poate vedea în figura 2.29. Fora rezultat din calcule este
transmis braului cu ajutorul a 4 pistoane hidraulice, care pot returna fore mari.

a) b)
Figura 2.29 a) Exoscheletul SMU MasterArm [w19], b) Structura cinematic a exoscheletului MasterArm [w19]
i) Immersion CyberForce
CyberForce [w9] este un exoschelet pentru mâna utilizatorului. Pentru urmrirea i redarea forei
la nivelul palmei utilizatorului, a fost realizat o construcie special a interfeei haptice
PHANToM [w2]. Mânerul dispozitivului de tip PHANToM este fixat de un o mnu CyberGrasp
[w9] ce urmrete micarea degetelor i returneaz fore asupra lor. Dispozitivul CyberForce este
singurul dispozitiv de pe pia care poate realiza acest lucru. O privire de ansamblu a acestei
structuri este prezentat în figura 2.30.
Figura 2.30 Interfaa haptic CyberForce [w9]
1.3.4 Sisteme haptice bazate pe mecanisme neconvenţionale
Aceste dispozitive haptice nu se bazeaz, pentru transmiterea forei, pe mecanisme convenionale.
Au fost incluse în aceast categorie interfeele haptice bazate pe levitaie magnetic precum i cele
care transmit fora prin intermediul firelor.

a) Dispozitiv haptic bazat pe levitaţie magnetică
a) b)
Figura 2.30 Dispozitivul haptic bazat pe levitaie magnetic [Berkelman 96]
Aceasta este o interfa [Berkelman 96] cu retur de for cu 6 grade de libertate ce se bazeaz pe
principiul levitaiei magnetice a unui corp aflat într-un câmp magnetic. Levitaia magnetic se
realizeaz pe utilizarea Tehnologiile de levitaie magnetic utilizeaz forele Lorentz pentru a
realiza levitaia i controlul unui corp rigid ce are ataat un mâner cu ajutorul cruia utilizatorul
poate interaciona cu obiectele virtuale. Acest dispozitiv ofer o experien fizic neexplorat pân
acum ca baz de plecare pentru interaciunea haptic. Ca i dezavantaje ale acestei interfee se
evideniaz spaiul de lucru mic precum i instabilitatea sistemului.
b) SPIDAR
Structura fizic a acestei interfee este compus dintr-un cadru cubic ce realizeaz un spaiu de
lucru închis. Componentele principale ale sistemului sunt: un set de 4 motoare de curent continuu,
cu scripei i encodere, i firele. Fiecare set de motoare este montat în colturile cadrului cubic.
Dou motoare sunt amplasate în partea de jos a cadrului iar celelalte 2 motoare sunt montate în
partea de sus a acestuia. Seturile de motoare i encoderele sunt poziionate în aa fel încât
urmtorul col al fiecrui set sa fie liber, colul liber trebuind s fie în stânga fiecrui motor, între
cele doua motoare (vezi figura 2.31) [Hirata 92], [Ishii 94], [Ishii 94a], [Sato 01].
a) b)
Figura 2.31 Interfaa haptic SPIDAR a) Structura, b) Sistemul activ [Sato 02]
Encoderele sunt folosite pentru a numra rotaiile axelor motoarelor iar scripeii sunt folosii pentru
rularea firului. Firele sunt înfurate la un capt pe scripei iar la celalalt capt sunt ataate de mâna
sau degetul utilizatorului. Pentru a pstra tensiunea în fire la micarea degetului utilizatorului,
fiecare motor este alimentat cu minimul de curent necesar echilibrului. Motoarele i encoderele

sunt conectate la un computer prin intermediul unei plci ce conine convertoare digital-analogice
(DA) i numrtoare.
c) SPIDAR II
Figura 2.32 Interfaa haptic SPIDAR II [Sato 01]
Prima versiune de SPIDAR [Ishii 94a] permite utilizatorului s ating obiectele virtuale prin
intermediul unui singur punct de contact. Totui, în viata de zi cu zi avem nevoie de cel puin 2
degete pentru a prinde, ridica i mica obiectele pentru o interaciune confortabil cu mediul
înconjurtor.
Cu ajutorul prinderii, utilizatorul poate estima câteva caracteristici ale obiectelor cum ar fi
greutatea i dimensiunile ce constituie elemente importante în realizarea sigur a sarcinilor ce
solicit îndemânare. Pentru obinerea acestei abiliti au fost introduse pe cadru înc patru seturi de
motoare cu encodere i scripei, montate in colurile neocupate ale acestuia.
Sistemul prezint dou terminale ataate de degetul mare respectiv de arttor. Noul sistem a fost
numit SPIDAR-II (figura 2.32), i permite utilizatorului strângerea obiectelor precum i simirea
greutii acestora.
d) Both-Hands SPIDAR
Manipularea utilizând ambele mâini este folosit foarte frecvent în viata obinuit. Fr aceasta
coordonare între ambele mâini, o mare parte a activitilor umane nu pot fi îndeplinite. Sistemul
prezint o abilitate interactiv în mediile virtuale i este folosit cu interes pentru multe genuri de
aplicaii ce necesit folosirea ambelor mâini, cum ar fi asamblri industriale, operaii chirurgicale,
etc. Pentru a obine retur de for pentru ambele mâini, au fost integrate pe un cadru comun dou
sisteme SPIDAR-II. Noul sistem a fost numit SPIDAR pentru ambele mâini (Both-Hands-
SPIDAR) [Ishii 94b] (figura 2.33).

a) b)
Figura 2.33Interfaa haptic Both-Hand-SPIDAR [Ishii 94b], a) Structura b) Interfaa la lucru
e) Networked – SPIDAR
Comunicarea prin reele devine larg utilizat deoarece faciliteaz realizarea teleoperrii
computerizate utilizând tehnologiile computerizate de uz larg. În acest context a fost proiectat i
implementat o versiune pentru reea a sistemului SPIDAR-II în care dou sisteme SPIDAR-II
sunt instalate în dou locaii diferite. Utilizatorul local i cel de la distan au reuit cu succes
sarcina de a-i strânge mâinile. Întârzierea ce apare în cazul reelelor a fost optimizat în cadrul
aplicaiei respective, astfel încât obiectele pot fi simite de cei doi utilizatori separat. Acest sistem a
fost denumit SPIDAR de reea sau Networked-SPIDAR [Ishii 94c], [Sato 01] (figura 2.34 a)).
a) b)
Figura 2.34 a) Interfaa haptic Networked-SPIDAR [Ishii 94c], b) Interfaa haptic Big-SPIDAR [Sato 01]
f) Big SPIDAR
În ultimii ani au fost dezvoltate multe medii virtuale cu sisteme de afiare de mari dimensiuni.
Sistemele de tip CAVE [Cruz-Neira 93] sunt cunoscute pentru mrimea ecranului i a spaiului de
lucru ce permit utilizatorului s se afle în interiorul mediului simulat ca i cum ar fi prezent în el.
Datorit creterii popularitii i utilizrii, majoritatea mediilor virtuale de dimensiuni mari sunt
lipsite de interfee cu retur de for haptice. Problema cea mai dificil a fost întotdeauna redarea
returului de for fr obturarea ecranului grafic în timpul micrii braului utilizatorului fr
restricii. Din cunotinele de pân acum, interfaa haptic Big-SPIDAR [Bouguila 97] este singura
interfa capabil sa ofere utilizatorului senzaia de retur de for în interiorul mediilor virtuale de
dimensiuni umane. O schematizare a interfeei big SPIDAR poate fi vzut în figura 2.34 b).

g) SPIDAR-8
SPIDAR-8 [Sato 01] este o interfa haptic bazat pe tensiuni în fire care implementeaz retur de
for la dou mâini cu degete multiple. Aceasta permite utilizatorului s utilizeze degetul mare,
arttorul, mijlociul i inelarul de la ambele mâini, dreapta si stânga, pentru a manipula obiectele
virtuale din lumea simulat virtual. Utilizatorul poate realiza munca în cooperare folosind ambele
mâini i primete retur de for pentru opt degete când manipuleaz obiectele virtuale. Ca o
aplicaie, a fost implementat o simulare a jocului cu cubului Rubik virtual i au fost observate
abilitile acestui sistem. Interfaa haptic SPIDAR-8 este prezentat în figura 2.35.
h) SPIDAR-G
a) b)
Figura 2.35 a) Interfaa haptic SPIDAR-8 [Sato 01], b) Interfaa haptic SPIDAR-8 la lucru
Combinat cu un mâner cu o construcie special, SPIDAR-G (figura 2.36) [Kim 00a], [Kim 00b],
[Kim 03] aduce înc un grad de libertate prin închiderea sau relaxarea mânerului, devenind astfel
un nou dispozitiv de interfa haptic bazat pe fire cu 7 grade de libertate. Utilizatorul poate
manipula obiectele virtuale prin deplasare i rotaie în orice direcie. Greutatea obiectelor virtuale
poate fi simulat în concordan cu gravitaia fizic din timpul manipulrilor obiectelor virtuale.
a) b)
Figura 2.36 a) Interfaa haptic SPIDAR-G [Kim 00a], b) Cântrirea unor obiecte virtuale
cu SPIDAR-G [Kim 00a]

2. Analiza librariilor folosite la detectia coliziunilor intre obiecte virtuale.
Modelele grafice sunt constituite din seturi de triunghiuri. Fiecare triunghi are trei varfuri, iar
fiecare varf are trei coordonate. Aceste coordonate poarta numele de sistem de coordonate al
modelului sau modelul spatial. Un astfel de model se afla intr-un spatiu cu origine fixa. Locul
unde este plasat modelul in spatiu, este definit de locul de amplasare al axelor de coordonate ale
acestuia in spatiu cu origine fixa, la care se adauga rotatia urmata de translatia modelului.
Cunoscand locul de amplasare al modelului cu rotatia R si translatia T, se poate determina locatia
in spatiu cu origine fixa a varfurilor triunghiurilor componente ale modelului dupa o formula de
forma:
x_w = R x_m + T;
unde x_m reprezinta coordonatele punctului in spatiul modelului, iar x_w reprezinta acelasi punct
dar in spatiul cu origine fixa.
Coliziunea reprezinta de fapt interferarea a cel putin doua triunghiuri apartinand unor modele
diferite. Softurile de detectare a coliziunii testeaza in permanenta pozitia varfurilor triunghiurilor
componente ale modelelor.
In cele ce urmeaza, s-au analizat librariile software de detectie a coliziunilor existente.
2.1. RAPID (Robust and Accurate Polygon Interference Detection, [Gottschalk 96])
Figura 2.2. Exemlu de coliziune intre doua suprafete complexe folosind biblioteca RAPID
RAPID este o librarie sigura si robusta pentru detectia contactului intre poligoane intr-un spatiu de
lucru mare compus din modele nestructurate.
- Poate fi aplicata suprafetelor poligonale modele care nu contin informatii adiacente si
nu se supun nici unei constrangeri topologice. Modelele pot contine santuri, gauri, autointersectari,
si configurari particulare (coplanare si colineare).
- Este robusta din punct de vedere numeric altgoritmul nu are probleme de conditionare
si nu necesita tratari speciale ale cazurilor particulare (cum ar fi fetele paralele).
Libraria RAPID poate fi folosita fara licenta pentru aplicatii necomerciale. Dispune de o interfata
cu utilizatorul foarte simpla, acesta trebuind sa se familiarizeze doar cu apelarea a 5 functii. Pentru
aceasta exista un program demonstrativ scris in limbajul C++.
2.2. SOLID (O librarie pentru detectia interferentelor) [Van den Bergen 97]

SOLID este o librarie pentru detectia coliziunii obiectelor tridimensionale ce sufera miscari rigide
si deformatii. SOLID este proiectat pentru a fi folosit in aplicatii 3D interactive si in special pentru
detectia coliziunii obiectelor si mediului descris de VRML. Principalele caracteristici ale
bibliotecii sunt:
- Modelele obiectelor sunt reprezentate prin modele primitive (cub, con, cilindru, sfera), si
prin entitati complexe (segmente de linie, poligoane complexe, poliedre convexe). Un
singur model poate fi folosit pentru reprezentarea mai multor obiecte.
- Miscarea este data de translatia, rotatia si marirea neuniforma a sistemului de coordonate a
fiecarui obiect in miscare. Aceste schimbari sunt obtinute absolut sau relativ la cadrul
anterior. Sistemul de coordonate local poate fi de asemenea descris si printr-o matrice de 16
elemente (float sau double). Matricea este una patratica de tipul 4x4 de genul celor care
opereaza transformari afine de genul celor folosite de biblioteca OpenGL.
- Deformatiile formelor complexe pot fi reprezentate folosind matrici de curbura definite de
client.
- Raspunsul coliziunii este definit prin intermediul unor functii call-back definite de catre
client. Raspunsul poate fi definit pentru fiecare pereche de obiecte in parte, pentru toate
perechile care contin un anumit obiect si ca setare standard pentru toate perechile de
obiecte.
- Raspunsurile generate de catre functiile call-back pot folosi datele generate de catre
coliziunea a doua perechi de obiecte. Ca si date pentru detectarea coliziunii se pot folosi un
punct comun celor doua obiecte si cea mai apropiata pereche de puncte apartinand celor
doua obiecte din scena anterioara. Tipul de raspuns descris anterior poate fi folosit pentru
aproximarea unor plane de coliziune in simulatoarele bazate pe fenomene fizice.
- Coerenta miscarilor in cadrul scenelor este realizata prin mentinerea unui set de perechi de
obiecte proxime si prin memorarea axelor individuale ale acestor perechi. Aceasta optiune
poate fi selectata sau deselectata oricand in timpul unei simulari.
2.3. OPCODE (Optimized Collision Detection) [Klosowski 98]
Principalele caracteristici ale librariei pentru detectia coliziunii OPCODE sunt:
- Lucreaza cu suprafete arbitrare (convexe sau neconvexe), amestecuri poligonale
- Foloseste pentru implementare arbori AABB si testarea recursiva a coliziunii prin
intermediul testelor de suprapunere Primitive-BV(Boundary Volume) .
- Suporta modurile de lucru primul contact sau toate contactele ca si libraria RAPID
- Foloseste coerenta temporala pentru modul primul contact ce este de la 10 pana la 20
de ori mai rapida; folosita in simulari cu corpuri rigide
- Incarcarea memoriei este de pana la 7,2 ori mai mica decat in cazul librariei RAPID, fiind
ideala pentru utilizarea in cadrul jocurilor pentru PC
- Calcularea coliziunii este de 5 ori mai rapida decat in cazul librariei RAPID.
- Lucreaza cu suprafete deformabile
2.4. H-Collide [Lin 99a], [Lin 99b], [Gregory 99]
H-Collide este o librarie pentru detectarea coliziunii rapid si precis pentru interactiunea haptica. H-
Collide consta intr-un numar de algoritmi si un sistem specializat pentru calcularea contactelor
dintre elementul sensibil al sistemului cu retur de forta si obiectele din mediul virtual. Pentru a face

fata performantei ridicate necesare interactiunii haptice s-a optat pentru utilizarea mai multor
algoritmi specializati deja existenti.
Pentru atingerea acestor obiective s-au utilizat urmatoarele strategii:
- Decompozitire Spatiala presupune decompozitia spatiului de lucru in celule sau retele
uniforme ce sunt implementate sub forma unor tabele de memorie pentru a rezolva
eficient problemele legate de stocarea cantitatii mari de informatie.
- Folosirea ierarhiei de volume interconectate bazate pe arbori OBB un arbore OBB este
o ierarhie de volume interconectate, fiecare nod al ierarhiei corespunde unui cub legat
orientat (oriented bounding box - OBB) bine ajustat.
- Coerenta cadru cu cadru in mod normal exista mici deplasari ale pozitiei probei intre
pasii succesivi. Algoritmul utilizeaza aceasta coerenta prin salvarea informatiilor despre
contact de la pasul anterior pentru a realiza o calculare incrementala.
2.5. I-COLLIDE (Librarie pentru detectia coliziunii interactive) [Gregory 99], [Cohen 95]
I-Collide este o librarie pentru detectia coliziunii interactiva si exacta pentru spatii de lucru mari ce
au in componenta poliedre convexe. Multe poliedre non-convexe pot fi descompuse intr-un set de
poliedre convexe, ce pot fi folosite cu aceasta librarie. I-Collide utilizeaza coerenta (proprietate a
simularii care se schimba foarte putin intre pasii consecutivi ai timpului) si proprietatile
convexivitatii de a realiza detectia de coliziuni foarte rapid direct proportional cu precizia
modelului de intrare. Libraria a fost testata in simulari architectural walkthrough si multi-body.
Simularile bazate pe impuls si timpii necesari pentru detectarea coliziunii sunt mai mici in
comparatie cu timpul necesar generarii graficii pentru aceste simulari.
2.6. V-COLLIDE (Librarie de detectie a coliziunii) [Gregory 99], [Cohen 95]
V-Collide este o librarie de detectie a coliziunii pentru medii mari. Este destinata sa opereze cu un
numar mare de obiecte poligonale. Nu face nici o presupunere in legatura cu structurile introduse
si lucreaza cu modele arbitrare, cunoscute si ca poligon soups. V-Collide utilizeaza o arhitectura
de detectie a coliziunii in 3 etape: - prima etapa consta in rularea unui tester pentru un numar de N
obiecte aflate in coliziune. A doua etapa utilizeaza un tester care testeaza, utilizand o structura
ierarhizata de tip poligon invecinat, posibilitatea ca o pereche de triunghiuri sa fie sau nu in
coliziune. A treia etapa testeaza cu exactitate daca o pereche de triunghiuri se suprapun sau nu.
Rutina care se aplica pentru un numar de N corpuri foloseste coerenta intre timpii succesivi ai
simularii pentru ca aceasta sa se comporte bine in cadrul animatiilor si a simularilor ce implica
miscare. Rutinele ierarhizate OBBs (Oriented Bounding Boxes) si cele pentru determinarea exacta
a coliziunii sunt aceleasi cu cele din biblioteca RAPID, care este o componenta a V-Collide-ului
care se gaseste si ca pachet de sine statator.
Libraria de detectare a coliziunii V-Collide detecteaza eficient si exact coliziunea intre modelele
poligonale triangulare. Utilizeaza o strategie pe doua nivele. Primul nivel elimina din calcul
perechile de obiecte care nu sunt apropiate in timp ce al doilea nivel efectueaza detectia exacta a
coliziunii pana la nivelul triunghiurilor. Pasii care stau la baza operarii cu aceasta librarie sunt:
crearea de obiecte; adaugarea unor seturi de triunghiuri acestor obiecte; alegerea perechilor de
obiecte care ar trebui testate pentru coliziune; determinarea pozitiei obiectelor; efectuarea testului
de coliziune; preluarea rezultatelor de la efectuarea testelor. In baza acestor rezultate si a celorlanti
parametrii ai simularii/interactiunii, obiectele pot fi deplasate iar coliziunea testata din nou, etc..

Comparatie I-Collide si V-Collide
- I-Collide necesita ca modelele sa fie descompuse in uniuni de politoape convexe. V-
Collide poate lucra cu orice model poligonal fara nici o restrictie.
- V-Collide nu contine nici o rutina de tip I/O
- V-Collide necesita ca poligoanele introduse sa fie triangulare.
- I-Collide poate returna distanta dintre obiecte iar V-Collide doar anunta cand o pereche
de obiecte sunt in coliziune.
- Cu ajutorul V-Collide obiectele pot fi sterse sau adaugate dinamic in mediul virtual.
Comparatie RAPID si V-Collide
- V-Collide memoreaza pozitia obiectelor in mediul virtual, iar daca aceasta nu se schimba
altgoritmul de detectie a coliziunii nu mai trebuie sa reincarce pozitiile obiectelor.
- V-Collide poate lucra cu mai multe obiecte instantaneu, pe cand RAPID poate lucra doar
cu doua.
- RAPID poate raporta exact ce pereche de triunghiuri sunt in coliziune, pe cand V-Collide
poate raporta doar ce obiecte sunt in coliziune.
2.7. V-Clip (Algoritm de detectare a coliziunii pentru obiecte poliedrale)
V-Clip sau Voronoi Clip, este un altgoritm de detectie a coliziunii low-level pentru obiecte
poliedre. Implementarea acestui altgoritm s-a facut folosind limbajul C++, si are facilitati de
constructie si manipulare a geometriei. Programul este distribuit gratuit daca este folosit in scop
educational, cercetare sau non-profit.
Principalele obiective ale acestei librarii sunt robustetea si eficienta. Implementarea altgoritmului
functioneaza bine cu forme geometrice degenerate si nu necesita setarea de catre utilizator a
preciziei tolerantei de lucru.
Din punct de vedere al eficientei, V-Clip se comporta satisfacator in raport cu celelalte tipuri de
altgoritmi. In aplicatiile tipice, V-Clip calculeaza cele mai apropiate puncte dintre obiecte intr-un
timp constant. V-Clip poate opera asupra obiectelor poliedrale chiar daca acestea nu sunt convexe
sau deconectate. Returneaza cel mai apropiat punct dintre obiecte si distantele dintre ele. Daca
obiectele se intrepatrund, returneaza o adancime de intrepatrundere.
V-Clip necesita ca aplicatia sa specifice obiectele care nu sunt convexe sau deconectate ca si
ierarhia de obiectelor convexe. Cand actioneaza asupra unor obiecte deconectate nonconvexe, V-
Clip creaza o granita inferioara in locul distantei dintre obiecte.
2.8. Cullide (Detectarea coliziunii interactiva intre modelele complexe in cadrul mediilor mari
utilizand grafica hardware) [Govindaraju 03]
Cullide reprezinta o noua abordare pentru detectarea coliziunii intre obiecte multiple deformabile
si casante intr-un mediu mare folosind grafica hardware. Acest altgoritm foloseste informatii de la
si catre placa grafica pe o banda ingusta, pe baza carora calculeaza un set potential de coliziune
(PCS) folosind interogari ale vizibilitatii. Pentru calcularea setului potential de coliziune se
foloseste un altgoritm de randare in doua treceri cu timp liniar. Filozofia de aplicare a acestui
algoritm nu face nici o presupunere cu privire la primitivele de intrare sau cu micsoarea obiectelor,
si este direct aplicabil tuturor modelelor triunghiulare.

Figura 2.3. Vizualizarea coliziunii calculate de libraria Cullide
Algoritmul a fost implementat pe un PC cu o placa grafica NVIDIA FX 5800 Ultra si aplicat
asupra diferitelor medii compuse dintr-un numar mare de obiecte aflate in miscare cu zeci de mii
de triunghiuri. Totodata algoritmul este capabil sa calculeze toate suprapunerile dintre primitive
pana la rezolutia spatiului imaginii in cateva secunde.
2.9. SWIFT [w41]
SWIFT este o librarie pentru detectarea coliziunii, calcularea distantei si determinarea obiectelor
3D aflate in miscare rigida (rotatie si translatie). SWIFT a fost implementat folosind C++ astfel
incat sa fie cat mai rapid, robust si eficient din punct de vedere al cantitatii de memorie necesara.
SWIFT poate lucra cu modele geometrice de tipul:
- Inchise, adica fara granite
- Reprezentari poliedrale obiectele trebuie sa fie compuse dintr-un set de poligoane care
sa descrie limitele unui solid 3D.
- Obectele trebuie sa fie convexe sau sa fie formate dintr-un set de obiecte convexe.
SWIFT poate realiza 4 tipuri de determinari legate de proximitate:
- Detectarea intersectarii - detectarea penetrarii intre doua obiecte.
- Detectarea distantei aproximative - calcularea unei distante minime cu o anumita eroare
intre perechile de obiecte
- Detectarea distantei exacte - calcularea distantei minime intre perechile de obiecte
- Detectarea contactului - calcularea celei mai apropiate entitati (vertex, muchie, fata)
pentru o pereche de obiecte.
SWIFT mai are si alte avantaje ca:
- Rapiditate - determinarile sunt semnificativ mai rapide decat in cazul altor pachete (I-
Collide, V-Clip)
- Robustete - este mult mai robust decat alte pachete de detectie a coliziunii

- Ierarhizare - o ierarhie a vecinatatilor in jurul fiecarui obiect ce poate fi automata, ceea ce
face ca determinarile sa fie mai rapide
- Determinari eficiente chiar si in absenta coerentei
- Fiecare obiect este incadrat intr-un volum de vecinatate, ceea ce scurteaza timpul
computational necesar scanarii intregului mediu
- Volumele de vecinatate pot fi alese automat
- Obiectele sunt declarate static (fixe sau in stare de repaos) si sunt automat optimizate
pentru fiecare pereche ce poate fi activata sau dezactivata.
- Obiectele ce pot fi introduse in scena pot avea diverse formate grafice, pot fi copiate si
sterse.
- Obiectele care au aceiasi geometrie o pot imparti.
2.10. SWIFT ++ (Trecere rapida folosind testare avansata pentru obiecte nonconvexe)[w42]
SWIFT++ este un pachet de software destinat detectarii intersectiilor, verificarii tolerantelor,
calcularii distantelor aproximative si exacte sau determinarii contactelor dintre perechile de obiecte
pentru scene compuse de obicei din modele rigide poliedrale. Reprezinta o versiune substantial
imbuntatita a vechiului SWIFT lansat anterior de catre UNC. SWIFT este folosit in principal ca
subrutina pentru uniunea volumelor. SWIFT++ a fost implementat folosind C++ astfel incat sa fie
cat mai rapid, robust si eficient din punct de vedere al cantitatii de memorie necesara. SWIFT++
este folosit ca banc de testare pentru cercetarile actuale in ceea ce priveste detectarea coliziunii.
2.11. DEEP (Expansiunea duala a spatiului pentru estimarea adancimii de patrundere)
Figura 2.4. Exemplu coliziune detectata cu DEEP
DEEP [Myszkowski 95] este un altgoritm incremental de estimare a adancimii de patrundere intre
politoapele 3D convexe. Algoritmul incremental cauta o solutie optima locala prin scanarea
suprafetelor determinate de sumele lui Minkowski. Suprafetele determinate de sumele lui
Minkowski sunt calculate implicit prin constructia unei harti Gaussiene locale. In practica
algoritmul functioneaza bine cand exista o mare coerenta a miscarii in cadrul mediului si este
capabil sa calculeze solutia optima in majoritatea cazurilor.
2.12. PIVOT (Informatii despre proximitate folosind tehnicile Voronoi) [Lin 98], [Lin 03]

PIVOT este o tehnica de calculare a informatiilor generale privind proximitatea obiectelor 2D
arbitrare folosind grafica hardware. Folosind tehnici de randare multi-trecere si calcul accelerat al
distantei s-a realizat o platforma unificata pentru aflarea unor multitudini de informatii privind
proximitatea dintre obiecte. Aceste informatii nu sunt legate doar de detectarea coliziunii, dar si de
calcularea intersectiilor, distantelor de separare, adancimile de penetrare, punctele de contact si
normalele la suprafete. Se foloseste o tehnica hibrida pe baza de geometrie si imagine care imparte
procesul computational intre CPU si subsistemele grafice. Tehnicile bazate pe obiecte spatiale
geometrice localizeaza regiuni potentiale de intersectare sau cele mai apropiate componente dintre
2 obiecte, iar tehnicile bazate pe imaginile spatiale calculeaza informatii legate de proximitatea la
nivel inferior in cadrul regiunilor potentiale de intersectare.
Figura 2.5. Detectarea coliziunii utilizand libraria PIVOT
Marea majoritate a informatiilor legate de proximitate sunt preluate de la un camp al distantelor
calculat cu ajutorul hardware-ului grafic. Acest altgoritm calculeaza informatiile legate de
proximitate la diverse rate si pentru diverse tipuri de strategii de simulare.
2.13. PQP (Librarie pentru detectarea proximitatii) [Larsen 99]
Figura 2.6. (a) Doua elemente toroidale in contact (b)Linia de conectare a celor mai apropiate puncte
corespunzatoare celor doua modele (c) Cei trei pasi ai coliziunii libere
PQP este o librarie care determina trei tipuri de informatii legate de proximitate pentru o pereche
de modele geometrice compuse din triunghiuri:
- Detectia coliziunii detecteaza cand cele doua modele se suprapun, si optional cand toate
triunghiurile se suprapun
- Calcularea distantei calcularea distantei minime intre perechile de modele, distanta intre
perechile de puncte apropiate.

- Verificarea tolerantei determina cand doua modele sunt apropiate sau indepartate fata
de o distanta de toleranta.
3. Analiza librăriilor haptice folosite pentru generarea forţelor de contact in mediile de
realitate virtuală
3.1 H3D API http://www.h3dapi.org/
H3DAPI este o librrie gratuit destinat crerii de platforme software cu retur haptic, ce fcombin
standardele gratuite OpenGL i X3D cu senzaiile haptice într-o scen grafic unificat ce contine
renderul graphic sic el haptic. H3DAPI este o platform portabil i independent de dispozitivul
haptic utilizat. Permite integrarea sunetelor precum i realizarea de imagini stereoscopice pe
dispozitivele suportate.
H3DAPI este scris în limbajul C++, i este proiectat fie extins, permiând dezvoltatorilor s
integreze noi dispozitive haptice si medii grafice dorite in aplicatiile lor . H3DAPI a fost folosit la
dezvoltarea a diverse aplicaii haptice multimodale din variate domenii cu mar fi domeniul
stomatologic, medical, industrial i vizualizal. Pentru incurajarea dezvoltrii cu aceast librrie a
aplicaiilor cu retur haptic, H3DAPI este o librarie gratuit cu structur deschis i realizat sub
licen GNU GPL, cu opiuni pentru licene comerciale.
Fig3.1 Arhitectura H3D
· Permite dezvoltarea rapid a aplicaiilor haptice folosind X3D i Python
· Uor de extins cu efecte hapto-vizuale particularizate folosind limbajul C++
· Suport o mare varietate de sisteme haptice aflate pe pia
· Dispozitive produse de diveri productori pot funciona in acelai timp în aceiai scen
· Suport majoritatea dispozitivelor de vizualizare 3D
· Ruleaz sub sistemele de Windows, Linux and Mac OSX
· Ofer libertatea de a alege tipul de randare haptic incluzând i H3D point i cele rendere
bazate pe sfer similar cu librriile SensAble OpenHaptics i Chai3D
· Dispune de o serie de fore i suprafee predefinite

3.2 CHAI 3D API http://www.chai3d.org/
CHAI 3D este un set de librrii C++ gratuite destinate returului haptic, vizualizrii i simulrii de
interaciuni in timp real. CHAI 3D suport disozitive haptice comerciale cu 3, 6 sau 7 grade de
libertate i ofer support pentru integrarea simpl a unor noi dispositive cu retur de for. CHAI 3D
a fost realizat cu scopul utilizrii lui în educaie i cercetare, oferind o platform uoar in
dezvoltare. Librariile CHAI 3D suport dispozitive haptice multiple i permite transmiterea datelor
catre alte aplicaii ce utilizeaz diferite hardware.
CHAI 3D reprezint un instrument usor de utilizat pentru crearea de lumi virtuale multimodale,
prin integrarea reprezentrilor haptice i vizuale a obiectelor si prin reducerea complexitii
utilizrii individuale a dispozitivelor haptice.
Fig3.2 Arhitectura CHAI3D
CHAI 3D suport urmtoarele dispozitivele haptice:
· Acces total la sursa librariilor folosind limbajul C++.
· Suport dispozitive haptice virtuale i universale.
· Dispozitive haptice comerciale Omega, Delta, Novint Falcon, Phantom, Freedom 6.
· Ruleaz sub sistemele de Windows, Linux and Mac OSX.
· Randare grafic folosind Open GL , GLUT, lumini dinamice, texturi 2D i 3D, proprietai
ale materialului.
· Redarea haptic pentru modele Finger-Proxy cu raz variabil, friciune dinamic i static,
alunecare, vibraii, vâscozitate i efecte magnetice.
· Detecia coliziunilor folosind modelele AABB i sferice.
· Suport fiiere 3D de tipul .3DS .OBJ i texturi .BMP .TGA.
· Include extensii pentru ODE (Open Dynamic Engine), GEM (Deformable Models) i
BASS (Audio Library) .

3.3 Haptik Library http://sirslab.dii.unisi.it/haptiklibrary/index.htm
Haptik este o component de baz, cu structur deschis, ce furnizeaz sistemelor de operare un
Hardware Abstraction Layer pentru accesarea dispozitivelor haptice. Diferite dispozitive
hardware de la diferii productori pot fi uor accesate într+un mod uniform, permiând renunarea
la toate dependinele necesare în aplicaii referitoare la configuraiile particulare ale chiturilor de
dezvoltare (APIs), la hardware i drivere. Haptik nu este destinat unei interfee grafice particulare
sau unei librrii particulare destinat detectrii coliziunilor sau generrii de fenomene fizice, a fost
proiectat s fie prietenoas chiar i cu aplicaiile complexe existente. Poate fi integrat fr efort
prin programarea bazat pe clase sau pe proceduri, It can be effortlessly integrated with both
procedure or class based code, permiând chestionarea sau accesarea bazat pe rspuns suportând
ambele sisteme de coordonate folosite în OpenGL i DirectX.
Haptik conine un set de plugin-uri ce sunt incarcate la rularea aplicaiilor ce pot i uor extinse sau
cosmetizate. Fa de multe librrii existente, arhitectura componentelor de baz garanteaz ambele
compatibiliti binare (backward and forward) a aplicaiilor client compilate cu vechile i noile
dispozitive hardware, drivere, plugin-uri i librrii. Haptik nu este destinat numai
programatorilort C++, ci poate fi folosit din multe limbaje de programare i medii de dezvoltare
cum ar fi Matlab, Simulink precum i apleturi Java.
O arhitectur a unei aplicaii dezvoltate cu ajutorul Haptik poate fi vzut în figura 3.3.
Fig. 3.3 Arhitectura unei aplicaii ce folosete Haptik
3.4 OpenSceneGraph http://www.openscenegraph.org/projects/osg /
OpenSceneGraph este o librrie gratuit, cu structur deschis, destinat graficii 3D de înalt
performan, utilizat de ctre dezvoltatorii de aplicaii din domenii cum ar fi simulrilor vizuale,
jocurilor computerizate, realitii virtuale, vizualizrilor tiinifice i modelrilor 3D. Aceast
librrie este scris în întregime în limbajul de programare C++ i OpenGL i ruleaz pe diverse

sisteme de operare cum ar fi Windows, OSX, GNU/Linux, IRIX, Solaris, HP-Ux, AIX i FreeBSD.
OpenSceneGraph este cunoscut astzi ca liderul mondial în domeniul tehnologiilor de vizualizare
tridimensional, cu o larg rspândire industria simulrilor vizuale, spaial, petrolier, a jocurilor
precum i a realitii virtuale.
Pentru controlul manipulrii de obiecte în mediul 3D librria OpenSceneGraph conine un plugin
denumit OSGHaptics, ce permite integrarea dispozitivelor haptice de tip PHANTOM direct în
mediile 3D OpenSceneGraph.
3.5 OpenHaptics Toolkit http://www.sensable.com/products-openhaptics-toolkit.htm
OpenHaptics este un pachet software comercial, ce conine 3 librrii folosite la realizarea de
aplicaii cu sitemele haptice de tip PHANTOM. Aceast set de librrii conine urmtoarele
componente: QuickHaptics micro API, Haptic Device API (HDAPI), Haptic Library API (HLAPI),
PHANTOM® Device Drivers (PDD), utilitare precum i câteva exemple de utilizare.
Fig 3.4 Arhitectura unei aplicaii realizat cu OpenHaptics
QuickHaptics reprezint un set API in miniatur ce permite scrierea rapid i uoar de noi
aplicaii sau introducerea senzaiilor haptice în aplicaii existente. Aceast librarie are integrat un
set de parser-e grafice i un set de parametri implicii ce permit configurarea scenelor
haptice/grafice cu un numr minim de linii de cod.
HDAPI furnizeaz accesul low-level asupra dispozitivelor haptice, ceea ce permite programatorilor
s realizeze fore direct, oferind astfel controlul configurrii driverelor în timpul funcionrii i
furnizarea de instrumente i posibiliti de depanare.
HLAPI furnizeaz randarea haptic la nivel înalt i este proiectat s fie familiar pentru
programatorii OpenGL® API. Permite reutilizarea unei pari importante a codurilor existente
scrise în OpenGL i simplific major sincronizarea între thread-urile haptice i grafice. Driverele
suport toate versiunile de sisteme haptice de tip PHANTOM comercializate.

3.6 GHOST API http://www.sensable.com/
GHOST SDK (General Haptic Open Software Toolkit) este o librrie comercial realizat de ctre
compania SensAble pentru a oferi suport sistemelor haptice de tip PHANTOM. Este scris în
limbajul C++ i are ca obiectiv dezvoltarea de aplicaii cu retur de for complexe. GHOST SDK
funcioneaz la nivelul motorului de fizic a atingerii, ce se ocup de procesele de calcul
complexe i permite dezvoltatorilor s manevreze obiecte simple la nivel înalt i proprieti fizice
ca locaia, masa, frecarea i rugozitatea. Dezvoltatorii pot folosi librrii pentru obiecte prismatice
3D, obiecte poligonale i efectele de atingere din interiorul lui GHOST SDK pentru a aduga o
dimensiune fizic convingtoare unei variate game de aplicaii ce include simulri medicale,
antrenament virtual, geofizic, robotic, teleoperare, planuri de asamblare, modelri moleculare i
nanomanipulare. Arhitectura flexibil i extensibil a librriei GHOST SDK fac din aceasta o
platform puternic pentru cercetarea în domeniul haptic i alte proiecte ce necesit adugarea de
noi obiecte i dinamic dar i a efectelor de for generate direct la nivel low-level.
Fig.3.5Arhitectura unei aplicaii cu GHOST SDK
GHOST SDK este disponibil pentru sistemele de operare Windows XP, Windows 2000, Windows
NT, Red Hat Linux 7.2, Red Hat Linux 9, Red Hat Fedora, Core 1 and SUSE LINUX 9.0. The
GHOST SDK funcioneaz numai cu sistemele haptice PHANTOM Desktop i PHANTOM
Premium.
Aceast librrie are suport direct pentru VRML 2.0 având abilitatea de a reda obiectele statice
direct în grafiul scenei haptice.
3.7 ReachIn API http://www.reachin.se/products/ReachinAPI/

Reachin API este o platform de dezvoltare comercial, ce permite dezvoltarea unor aplicaii 3D
haptice sofisticate folosind limbajele de programare C++, Phyton, sau VRML (Virtual Reality
Modeling Language). Libraria conine un set unic de funcii ce interpreteaz rapid cerinele
utilizatorului i permite dezvoltarea rapid i uoar a aplicaiilor dorite.
Platforma tehnologic a fost gândit s integreze, pe lâng proprietile haptice avansate de înalt
fidelitate, un set complet de clase, noduri i interfee pentru a manipula i sincroniza aspectele
haptice, grafice i auditive ale aplicaiilor 2D i 3D.
Reachin API este disponibil în dou versiuni, standard i profesional. Versiunea standard permite
dezvoltarea de aplicaii utilizând VRML i Python. Versiunea profesional a librriei, permite pe
lâng funcionalitatea disponibil în versiunea standard, i realizarea de efecte haptice avansate
utilizând limbajul C++.
Fig3.6 Obiect deformabil realizat cu Reachin API
Reachin API funcioneaz doar în tandem cu libraria comercial SensAble GHOST pentru a accesa
dispozitive haptice de tip Phantom. De asemenea suport o mare varietate de dispozitive de
vizualizare 3D stereoscopice i autostereoscopice.
Reachin API Professional
- Dezvoltare aplicaii utilizând C++, VRML i Python.
- Include exemple C++ i VRML.
- Include o librrie extens cu texturi de înlt calitate
Reachin API Standard
- Dezvoltare aplicaii utilizând VRML i Python
- Include exemple VRML i Python
- Include o librrie cu texturi de înlt calitate.
Bibliografie
[Avizzano 05] C.A. Avizzano, M. Raspolli, S. Marcheschi, M. Bergamasco, Haptic desktop for
office automation and assisted design. Proceedings in IEEE International
ConferenceRobotics and Automation, 2005, pp 4086-4091

[Bergamasco 94] M. Bergamasco, B. Allotta, L. Bosio, L. Ferretti, G. Parrini, G. Prisco, F. Salsedo,
Sartini, An Arm Exoskeleton Szstem for Teleoperation and Virtual Environments
Applications, Proceedings of the IEEE International Conference on Robotics and
Automation, 1994, pp1449-1454.
[Berkelman 96] P. Berkelman, Z. Butler, R. Hollis, Design of a Hemispherical Magnetic levitation
Haptic Interface. DSC-Vol. 58, Proceedings of the ASME Dynamics Systems and
Control Division, 1996, pp.483-488.
[Birglen 02] Birglen L, Gosselin C, Pouliot N, Monsarrat B, Laliberté T, SHaDe, A new 3-DoF
haptic device. IEEE Trans Robotics and Autom, 2002, 18(2):166-175
[Bouguila 97] L. Bouguila, Y. Cai, M. Sato, New Interface Device For Human-Scale Virtual
Environment: Scaleable-SPIDAR. International Conference on Artificial reality and
Tele-existence (ICAT97), 1997, pp.93-98, Tokyo.
[Bowman 05b] Bowman, D., Fröhlich, B., Kitamura, Y., Stuerzlinger, W., New Directions in User
Interfaces, Proceedings of the IEEE Virtual Reality 2005 (VR05),Bonn,
Germany,pp. 85-88, 2005.
[Bouzit 02]
[Bouzit 93]
[Bouzit 95]
[Burdea 00]
[Burdea 03]
Bouzit, M.; Burdea, G.; Popescu, G.; Boian, R.The Rutgers Master II-new design
force-feedback glove, Mechatronics, IEEE/ASME Transactions on Volume 7, Issue
2, Jun 2002 pp256 263.
M. Bouzit, P. Coiffet, G. Burdea, The LRP Dextrous Hand Master, Proceedings of
VR System93 Conference, October 1993, New York City.
M. Bouzit, Design and Construction of the force feedback handle for virtual
teleoperation, Tech. report, French Center for Nuclear Energy (CEA), Paris, 30pp,
1995
Burdea, G., Haptic Feedback for Virtual Reality, International Journal of Design
and Innovation Research. Special Issue on Virtual Prototyping 2, Nr. 1, pp. 17-
29,2000.
G. Burdea, P. Coiffet, Virtual Reality Technology, John Willey 2003, New York.
[Campion 05]Campion G, Wang Q, Hayward V (2005) The Pantograph Mk-II: a haptic instrument.
In: Proc IEEE/RSJ Int Conf Intelligent Robots and Systems, Edmonton, pp 723-728
[Cohen 95] J. Cohen, M. Lin, D. Manocha, and M. Ponamgi. I-collide: An interactive and exact
collision detection system for largescale environments. In Proc. of ACM Interactive
3D Graphics Conference, pages 189196, 1995.
[Constantinescu 00] Constantinescu D, Chau I, DiMaio SP, Filipozzi L, Salcudean SE, Ghassemi F,
Haptic rendering of planar rigid-body motion using a redundant parallel
mechanism. In: Proc EEE Int Conf Robotics and Autom, 2000, pp 24402445

[Cruz-Neira 93] C., Sandin, D.J., DeFanti, T.A., Surround-Screen Projection-Based Virtual
Reality: The design and Implementation of the CAVE. Computer Graphics
(SIGGRAPH '93 Conference Proceedings, pp.135-142,1993.
[Exos 93] Exos co., Force ArmMaster Specification, Woburn, MA, Company brochure, 1993
[Exos 95]
Exos co., Sensing and Force Reflecting Exoskeleton (SAFiRE) Specification,
Woburn, MA, Company brochure, 1995
[Faulring 04] Faulring EL, Colgate JE, Peshkin MA, A High Performance 6-DoF haptic cobot.
Proceedings IEEE International Conference Robotics and Autom, New Orleans,
2004, pp.1980-1985
[Girone 01]
Girone M, Burdea G, Bouzit M, Popescu V, A Stewart platform-based system for
ankle telerehabilitation. Autonomous Robots, 2001, 10:203-212
[Gosselin 05] Gosselin F, Martins JP, Bidard C, Andriot C, Brisset J, Design of a new parallel
haptic device for desktop applications. In: Proc First Joint Eurohaptics Conf and
Symp on Haptic Interfaces for Virtual Env and Teleoperation Systems, 2005, pp
189-194
[Gottschalk 96] S. Gottschalk, M. Lin, and D. Manocha. OBB-Tree: A hierarchical structure for
rapid interference detection. Proc. of ACM Siggraph96, pages 171180, 1996.
[Govindaraju 03] N. K. Govindaraju, S. Redon, M. C. Lin and D. Manocha.CULLIDE: Interactive
Collision Detection Between Complex Models in Large Environments using
Graphics Hardware. ACM SIGGRAPH/Eurographics Graphics Hardware, 2003.
[Gregory 99] A. Gregory, M. Lin, S. Gottschalk and R. Taylor. Fast and Accurate Collision
Detection for Haptic Interaction Using a Three Degree-of-Freedom Force-Feedback
Device. In Computational Geometry: Theory and Applications,1999.
[Hennequin 90] J. Hennequin, The Air Muscle Teletact glove, Air. Muscle Cranfield UK, 1990
[Hirata 91]
[Hirata 92]
Y. Hirata, M.Sato and H.Kawarada, A Measuring Method of Finger Position in
Virtual Work Space, Forma, Vol.6, No.2, pp.171-179, 1991
Y. Hirata, M. Sato, 3-Dimensional Interface Device for Virtual Work Space,
Proceedings of the 1992 IEEE/RSJ International Conference on IROS, 2, pp. 889-
896, 1992.
[Hong 88] Hong J. and Tan X., "Teleoperating the Utah/MIT Hand with a VPL DataGlove 1.
DataGlove Calibration", Proceedings of IEEE 1988 International Conference on
Robotics and Automation, pp. 1752-1757.
[Ishii 94] M. Ishii, M. Sato, Force Sensations in Pick-and-Place Tasks. International
Conference of American Society of Mechanical Engineering 1994, Chicago, USA,
DSC-Vol.55-1, pp.339-344.

[Ishii 94a]
[Ishii 94b]
[Ishii 94c]
[Ishii 94d]
[Kim 00a]
[Kim 00b]
[Kim 02]
[Kim 03]
M. Ishii, Sato M., 3D Spatial Interface Device Using Tensed Strings, PRESENCE-
Teleoperators and Virtual Environments, Vol. 3 No. 1, MIT Press, Cambridge, MA,
pp. 81-86, 1994.
M. Ishii, P. Sukanya, M. Sato, A Virtual Work Space for Both Hands Manipulation
with Coherency between Kinesthetic and Visual Sensation, Proceedings of the Forth
International Symposium on Measurement and Control in Robotics, pp. 84-90,
December 1994.
M. Ishii, Masanori Nakata, M. Sato, Networked SPIDAR: A Networked Virtual
Environment with Visual, Auditory, and Haptic Interactions, PRESENCE-
Teleoperators and Virtual Environments, Vol. 3 No. 4, MIT Press, Cambridge, MA,
pp. 351-359, 1994.
M. Ishii, M. Sato, A 3D Spacial Interface Device Using Tensioned Strings,
Presence-Teleoperators and Virtual environments, Vol. 3. No 1, MIT Press,
Cambridge, pp 81-86, 1994
S. Kim, M. Ishii, Y. Koike, M. Sato, Design of a Tension Based Haptic Interface:
SPIDAR-G, Proceedings of World Multiconference on Systemics, Cybernetics, and
Informatics: SCI 2000, pp. 422-427, July 2000.
S. Kim, M. Ishii, Y. Koike, M. Sato, Development of SPIDAR-G and Possibility of
its Application to Virutal Reality, VRST2000, 22-25, Oct, 2000
S. Kim, S. Hasegawa, Y. Koike, M. Sato, Tension-based 7 DOFs force feedback
device: SPIDAR-G, IEEE VR2002, March, 2002, USA.
S. Kim, J. Berkley, M. Sato, A Novel Seven Degree of Freedom Haptic Device for
Engineering Design, Virtual Reality, 2003.
[Klosowski 98] J. T. Klosowski, Efficient Collision Detection for Interactive 3D Graphics and
Virtual Environments , PhD dissertation, May 1998
[Lee 02]
Lee CD, Lawrence DA, Pao LY, Dynamic modeling and parameter identification of
a parallel haptic interface. In: Proc 10th Annual Symposium on Haptic Interfaces
for Virtual Environment and Teleoperation Systems, IEEE VirtualReality
Conference, Orlando, 2002, pp 172-179
[Lin 99a] M. C. Lin, S. Gottschalk and R. Taylor. H-Collide: A Framework for Fast and Accurate
Collision Detection for Haptic Interaction. Gregory,. In the Proceedings of IEEE
Virtual Reality Conference 1999.
[Lin 99b] M. C. Lin, A. Gregory, S. Ehmann, S. Gottschalk and R. Taylor. Contact Determination
for Real-time Haptic Interaction in 3D Modeling, Editing and Painting. Proceedings
of Workshop for PhanTom User Group, 1999.
[Lin 98] M. Lin and S. Gottschalk. Collision detection between geometric models: A survey. Proc.
of IMA Conference on Mathematics of Surfaces, 1998.

[Lin 03] M. Lin and D. Manocha. Collision and proximity queries. In Handbook of Discrete and
Computational Geometry, 2003. to appear.
[Larsen 99] E. Larsen, S. Gottschalk, M. C. Lin and D. Manocha. Fast Proximity Queries with
Swept SphereVolumes,Technical report TR99-018, Department of Computer
Science, University of N. Carolina, Chapel Hill.
[MacKenzie 95] I. S. MacKenzie, Input devices and interaction techniques for advanced
computing. In W. Barfield, & T. A. Furness III (Eds.), Virtual environments and
advanced interface design, pp. 437-470. Oxford, UK: Oxford University Press, 1995
[Massie 94]
Massie, T. H., & Salisbury, K. The PHANToM Haptic Interface: A Device for
Probing Virtual Objects. Proceedings of the ASME Winter Annual Meeting,
Symposium on Haptic Interfaces for Virtual Environment and Teleoperation
Systems, Chicago, 1994.
[Moreyra 98] Moreyra M, Hannaford B (1998) A practical measure of dynamic response of haptic
devices. In: Proc IEEE Int Conf Robotics and Autom, Leuven, pp. 369-374
[Myszkowski 95] K. Myszkowski, O. G. Okunev, and T. L. Kunii. Fast collision detection
between complex solids using rasterizing graphics hardware. The Visual Computer,
11(9):497512, 1995.
[Pao 98]
[Patrick 90]
[Sato 00]
[Sato 01]
[Sato 02]
[Sato 91]
Pao LY, Lawrence DA, Synergistic visual/haptic computer interfaces. In: Proc
Japan/USA/Vietnam Workshop on Research and Education in Systems,
Computation, and Control Engineering, Hanoi, 1998, pp 155-162
N. Patrick, Design, Construction and Testing of a Fingertip Tactile Display for
Interaction with Virtual and Remote Environment. Master Thesis, Departament of
Mechanical Engineering, MIT, August 1990
M. Sato, S. Kim, Y. Koike, A Proposal of 7 DOF Force Display using 8 Strings,
Correspondences on Human Interface, PP85-90, 12-13, June, 2000
M. Sato, Evolution of SPIDAR, Virtual Reality International Conference, Laval
Virtual 2001.
M. Sato, Development of String-based Force Display: SPIDAR, International
Conference on Virtual Systems and Multimedia (VSMM 2002), Gyeongju, 2002
M. Sato, Y. Hirata, H. Kawarada, SPace Interface Device for Artificial Reality-
SPIDAR., The Transactions of the Institute of Electronics, Information and
Communication Engineers (D-II), July, 1991, J74-D-II, 7, pp.887-894.
[Van den Bergen 97] G. Van den Bergen, Efficient Collision Detection of Complex Deformable
Models UsingAABB Trees, Journal of Graphics Tools, vol. 2, no. 4, 1997

[Williams 98] R.L. Williams II, D. North, M. Murphy, J. Berlin, M. Krier, Kinesthetic
Force/Moment Feedback via Active Exoskeleton, Proceedings of the Image Society
Conference, Scottsdale, AZ, August 2-7, 1998
[Zimmerman 87] T. G. Zimmerman, J. Lanier, C. Blanchard, S. Bryson, Y. Harvill, A hand gesture
interface device. Proceedings of the CHI+GI '87 Conference on Human Factors in
Computing Systems, 189-192. New York: ACM, 1987.
[w1]
[w2]
[w3]
[w4]
[w5]
[w6]
[w7]
[w8]
[w9]
[w10]
[w11]
[w12]
[w13]
http://www.spacemouse.com/products/Classic.htm, Dispozitivul de navigare 3D
Space Mouse.
http://www.sensable.com/product.htm, Dispozitivul haptic PHANToM
http://www.chai3d.org, Librria C++ haptic gratuit CHAI 3D pentru dezvoltarea
de aplicaii cu retur de for.
http://www.etouch3d.org, e-Touch haptic software toolkit by Novint Technologies.
http://www.sensegraphics.com, H3D API software toolkit by SenseGraphics AB
http://www.sensable.com, GHOST SDK and OpenHaptic SDK software toolkit by
SensAble Technologies
http://www.reachin.se, Reachin Library API software toolkit by Reachin
Technologies AB
http://www.virtex.com , (http://www.immersion.com)
http://www.immersion.com
http://www.mpb-technologies.ca
http://www.maxonmotor.com, Maxon motor catalog and library.
http://www.mecel.com, MECEL BLUETOOTH SDK - DEMO KIT
http://www.microsoft.com Visual Studio 6.0 programming tools and MSDN.
[w13] http://www.pi.titech.ac.jp, Tokyo Institute of Technology, Precision and
Intelligence Laboratory
[w14]
[w15]
[w16]
[w17]
http://solutions.3m.com/, 3M Touch Systems
http://www.5dt.com/products/pdataglove14.html, Fifth Dimension Technologies Inc,
5DT Fifth Dimension Technologies; Virtual Reality for the Real World; 5DT Data
Glove 14 Ultra, 2007
http://www.barco.com, Tan Holobench
http://www.web3d.org/x3d/specifications/vrml/ISO-IEC-14772-VRML97/,
Specification of the Virtual Reality Modeling Language VRML2.0 and the ECMA

[w18]
[w19]
[w20]
[w21]
[w22]
[w23]
and Solutions, (European association for standardizing information and
communication systems) Script(ISO/IEC14772-1:1997):
http://www.trivisio.com
http://engr.smu.edu/me/syslab/PHI/MasterArm.html, SMU MasterArm
http://www.pctechguide.com/43FlatPanels_HADs.htm, Ecran autostereoscopic
http://en.wikipedia.org/wiki/Volumetric_display, Ecran Volumetric
http://holografika.com/ , Ecrane Volumetrice Holovizio
http://inkido.indiana.edu/a100/handouts/Image116.gif, Cave Automatic Virtual
Environment
[w24] http://www.angelfire.com/ok2/stepinto/PowerGlovePage.html, Mattel/Nintendo
PowerGlove
[w25]
[w26]
[w27]
http://www.cs.nps.navy.mil/people/faculty/capps/4473/projects/smithml/
/handMaster.htm
http://www.cs.utah.edu/~jmh/UMDH.html, Utah/MIT Dextrous Hand
http://www.fakespacesystems.com/pinch.htm, Fakespace Pinch Glove
[w28] http://intron.kz.tsukuba.ac.jp/vrlab_web/feelex/feelex_e.html, FEELEX tactile
display.
[w29] http://intron.kz.tsukuba.ac.jp/vrlab_web/hapticmaster/hapticmaster_e.html, Haptic
Master haptic device.
[w30]
[w31]
[w32]
[w33]
[w34]
[w35]
[w36]
[w37]
http://haptic.mech.nwu.edu/TactileDisplay.html, Karlsruhe Tactil Display
http://www.allproducts.com/manufacture98/vrgi/product1.html, AURA
INTERACTOR Vest
. http://www.forcedimension.com, Delta, Omega haptic devices.
http://www.novint.com, Falcon haptic device
http://www.mpb-technologies.ca, Interfaa haptic CUBIC 3, MPB Freedom 6S
http://www.quanser.com/choice.asp, Quanser 5 DOF Haptic Wand, Quanser 3DOF
Pantograph
http://www.haption.com, Haption 6D haptic interface, Haption Virtuose 3D i 6D
http://www.percro.org, 3DofJoy haptic interface
[w38] http://www.fcs-cs.com/robotics/products/hapticmaster, Moog FCS Haptic
MASTER
[w39]
http://www.xitact.com/products/lap/xitact_IHP_specsheet.pdf, Xitact IHP Haptic
surgery device

[w40]
[w41]
[w42]
http://www.sarcos.com/telerobotics.html, Sarcos Dextrous Arm Master
http://www.cs.unc.edu/~geom/SWIFT/
http://www.cs.unc.edu/~geom/SWIFT++/