Métodos de elementos finitos para feedback háptico em tempo real de modelos de tecidos moles em simuladores de realidade virtual

Aplica o método de elementos finitos elásticos lineares para calcular o feedback de força háptica e as deformações do domínio de modelos de tecidos moles para uso em simuladores de realidade virtual. Nossos resultados mostram que, para modelos de objetos virtuais de dados 3D de alta resolução (>10.000 nós), os cálculos hápticos em tempo real (<500 Hz) não são atualmente possíveis utilizando métodos tradicionais. Os esforços de pesquisa atuais estão focados nas seguintes áreas: (1) implementação eficiente de métodos multi-resolução totalmente adaptativos, e (2) métodos multi-resolução com funções de base especializadas para capturar a singularidade na interface háptica (carga pontual). Para alcançar cálculos em tempo real, propomos o processamento paralelo de um método de gradiente conjugado pré-condicionado de Jacobi aplicado a um sistema reduzido de equações resultantes da decomposição do domínio da superfície. Isso pode ser efetivamente alcançado usando sistemas de computação reconfiguráveis, como matrizes de porta programáveis em campo (FPGAs), proporcionando uma solução flexível que permite novas implementações de FPGA à medida que algoritmos aprimorados se tornam disponíveis. O sistema de simulação de tecidos moles resultante atenderia aos requisitos da NASA Virtual Glovebox e, ao mesmo tempo, forneceria um mecanismo de simulação generalizado para qualquer aplicação de ambiente imersivo, como procedimentos biomédicos/cirúrgicos ou aplicações científicas interativas.