Skip to main content
SUPERVISOR
Saeed Behbahani,Mohammad Silani
سعید بهبهانی (استاد راهنما) محمد سیلانی (استاد مشاور)
 
STUDENT
Seyedmohsen Sombolestan
سیدمحسن سمبلستان

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1396

TITLE

Real-time Haptic Rendering of Cornea Based on Artificial Neural Network
During the last decade, haptic has been a new emerged and interesting subject for many researchers, which can be is the most important technology for computer haptics, which means the process of calculating the force or tactile feedback to give the user a sense of touch or interaction with the virtual object. Smooth haptic feedback is an important task for haptic rendering with complex virtual objects. However, commonly the update rate of the haptic rendering may drop down during contact in complex scenarios because the high computational cost is required for physics-based dynamic simulation. If the haptic rendering is done at a lower update rate, it may cause discontinuous or unstable force feedback. Therefore, to implement smooth and accurate haptic rendering, the update rate of force calculation should be kept in a high and constant frequency. In the current master thesis, we propose a novel real-time method based on machine learning to calculate smooth and accurate haptic feedback in complex scenarios. The method consists of two phases: data generator module and designing appropriate artificial neural network. In the first phase, we proposed an automated data generator module which provides data required for learning procedures. There are three sets of data: position of the haptic tool (input data), feedback force resulting from virtual object and the haptic tool interaction (output data 1) and deformed shape of virtual object after interaction (output data 2). Before going to phase two, preprocessing analysis is performed on the data. Three steps were done: 1) All data normalize using the Z-Score function, 2) The input data are transformed from Cartesian coordinate to cylindrical coordinate, 3) By using Zernike polynomials, the dimension of data acquired from deformed shape reduced as it can make the training calculation more efficient. These three steps make the learning procedure easier and faster. In the second phase, two artificial neural networks are designed in order to estimate the feedback force and deformed shape, respectively. The hyperparameters are tuned due to the systems complexity and dimension of inputs and outputs. The result shows that the proposed method can provide smooth and accurate haptic force feedback at a high update rate for complex scenarios. Moreover, it can predict the shape of the deformed object after interaction with reasonable error. Keywords Haptic Rendering, Machine Learning, Artificial Neural Network, Deformable Objects, Zernike Polynomials
در طی سال های گذشته، فناوری تماسی به عنوان موضوعی پرطرفدار در میان پژوهشگران مطرح شده است. نمایان سازی تماسی به عنوان مهم ترین شاخه در حوزه فناوری تماسی کامپیوتری است که به مفهوم محاسبه نیروی بازخوردی در اثر تعامل جسم مجازی و ابزار تماسی است، و به منظور القای حسلامسه به کاربر استفاه می شود. بازخورد سریع و روان به عنوان اصلی ترین وظیفه نمایان سازی تماسی در مواجهه با اجسام مجازی پیچیده است. اما در بیشتر مواقع به دلیل حجم محاسبات زیاد برای شبیه سازی ها، نرخ به روزرسانی پاسخ در نمایان سازی تماسی افت می کند. اگر شبی هسازی ها با سرعت کمتری به روزرسانی شوند موجب ناپیوستگی در نیروی بازخوردی می شوند. بنابراین برای این که نمایان سازی تماسی دقیقی از مسئله ارائه شود، همواره باید نرخ به روزرسانی پاسخ مقداری ثابتو مناسبباشد. در این پایان نامه روشی بی درنگبرپایه یادگیری ماشین ارائه می شود که مقدار نیروی بازخوردی را در سناریو های پیچیده با دقتو سرعتمناسب، محاسبه می کند. مدل پیشنهادی شامل دو فاز است: 1) تولید داده مورد نیاز برای آموزش شبکه عصبی 2) طراحی شبکه عصبی با توجه به پیچیدگی سیستم و ابعاد ورودی و خروجی مسئله. در فاز اول به صورت خودکار و با استفاده از یککد پایتون در نرم افزار آباکوس، داده های مورد نیاز برای آموزششبکه عصبی در مراحل بعدی، تأمین می شود. سه دسته داده شامل موقعیت ابزار به عنوان داده ی ورودی، نیروی بازخوردی به ابزار و هندسه تغییریافته جسم مجازی به عنوان داده های خروجی، از این مرحله استخراج می شود. سپسبر روی داده ها فرآیند پیش پردازش انجام می شود که این فرآیند از سه مرحله تشکیل می شود: 1) نرمال سازی داده ها 2) تغییر مختصات از کارتزین به استوانه ای 3) کاهشابعاد داده های حاصل از هندسه تغییریافته به وسیله چندجمله های زرنیک. مراحل صورت گرفته در پیش پردازشباعث تسهیل و تسریع در فرآیند یادگیری می شوند. فاز دوم شامل طراحی شبکه عصبی مطابق با پیچیدگی مسئله و تنظیم هایپرپارامترها است. نتایج حاصل از مدل سازی نشان می دهد که روشپیشنهادی می تواند نیروی بازخوردی و هندسه تغییریافته جسم مجازی را با سرعتبالا و دقتمناسببرای سناریو های پیچیده محاسبه کند و می تواند جایگزین روش های فعلی در حوزه فناوری تماسی باشد. کلمات کلیدی نمایان سازی تماسی، یادگیری ماشین، شبکه عصبی مصنوعی، اجسام تغییرشکل پذیر، چندجمله ای زرنیک

ارتقاء امنیت وب با وف بومی