刘 莉，赵正旭，王中义，刘世洋

（石家庄铁道大学 信息科学与技术学院，河北 石家庄 050043）

在实际建模过程中，有很多模型的曲面自由、复杂，这些曲面是在自由曲线的基础上生成的，属于自由曲面，如人脸类生物模型、飞机机翼、汽车车身、轮船船体等的曲线和曲面，他们无法用初等解析函数清楚地表达。由于自由曲面的不规则性使得其分析、建模、制造一直是工程建模领域的一个难题。目前，自由曲面设计已经成为研究主题［1］。虽然现在的CAD软件能够完成复杂的自由曲面建模，但是使用者在建模过程中完全被局限在键盘和鼠标上，而且大部分是基于特征和参数建模，设计出来的产品是可视虚拟模型［2］，建模过程复杂而且无法象手工建模那样充分展现个人的设计风格。FreeForm触觉式设计系统应运而生，该系统设计出来的产品可视、可听、可触。

1 FreeForm系统概述

FreeForm触觉式设计系统是一套基于力反馈技术的虚拟造型系统。“力反馈技术”是一种虚拟现实技术，它利用先进的技术手段将虚拟物体的空间运动变成周边物理设备的机械运动，使用户能够体验到真实的力度感和方向感［2］。该系统可以让使用者融合视觉、听觉和触觉来完成复杂3D模型建构，为用户提供了沉浸感良好的人机交互界面。

1.1 系统结构

该系统由触觉设备PHANTOM、软件平台FreeForm Modeling Plus和SDK开发包构成。系统工作原理如图1所示。

图1 FreeForm系统工作原理

触觉设备PHANTOM是硬件接口，它通过“触控笔（stylus）”借助精密的电路板提供了精确的坐标输入和准确的力回馈输出，让使用者能够感受到3D模型的硬度、摩擦力等。……