Interacción háptica en tiempo real con modelos gráficos de alta resolución

Resumen

En nuestros días, la utilización de la tecnología informática se ha generalizado en muchas disciplinas, como pueden ser la medicina, los videojuegos, los dispositivos hápticos, la realización de películas, el diseño y la fabricación de objetos, la planificación de rutas para la movilidad, etc. Principalmente destacan el desarrollo de la realidad aumentada, la realidad virtual y la tecnología háptica. Para todas estas tecnologías cada día van apareciendo nuevos dispositivos que permiten interactuar dentro de escenarios reales o virtuales por lo que se hace necesario trabajar con modelos geométricos cada vez mayores y más complejos En la actualidad los escáneres para la captura de modelos geométricos han abaratado mucho los precios y han aumentado mucho sus prestaciones, permitiendo obtener modelos geométricos en tres dimensiones con gran resolución, recogiendo de esta forma los más mínimos detalles de los objetos representados. Además estos modelos tienen una gran resolución, y aunque los ordenadores cada vez sean más rápidos y potentes, el trabajar con ellos directamente sin utilizar ningún método de optimización se hace inviable si se espera que el tiempo de respuesta sea muy rápido o cercano al tiempo real. En esta tesis se propone un nuevo esquema de representación que permite la descripción de sólidos formados por varias decenas de millones de triángulos: el EBP-Octree (Extended Bounding-Planes Octree). Este utiliza una estructura jerárquica de volúmenes envolventes indexados en el espacio. Dicha jerarquía se monta sobre un árbol octal. La construcción se hace recorriendo el árbol de abajo hacia arriba. Para la construcción de las envolventes, la selección de los planos relevantes en cada uno de los nodos se realiza siguiendo tres estrategias: aquellos cuyo desplazamiento ha sido menor, de manera aleatoria y mediante un algoritmo de clustering: el k-mediana. Para validar esta estructura se han implementado algoritmos que permiten la detección de la inclusión punto en sólido, además del cálculo de la distancia y del ángulo de contacto de un punto sobre el sólido. Estos algoritmos han obteniendo unos tiempos de respuesta superior a los 1KHz que son los que se toman como referencia para poder trabajar con dispositivos hápticos. Para probar estos algoritmos se ha diseñado una aplicación de simulación háptica y se ha demostrado su validez para ser utilizada en este tipo de dispositivos. Por último se han implementado otros algoritmos que permiten calcular la colisión entre dos modelos formados por varias decenas de millones de polígonos, obteniéndose como media de cada colisión tiempos menores a los 450 nanosegundos.