Analysis and implementation of a haptic interface in virtual environments

La presente tesis, analiza las características de dos interfaces hápticas comercialmente disponibles y su implementación en entornos virtuales, para la comprobación de teorías de realimentación de fuerzas y el desarrollo de herramientas de exploración táctil sobre superficies virtuales, enfocadas hacia aplicaciones preliminares de asistencia quirúrgica. Se expone de forma metódica, el proceso de selección de los joysticks hápticos Phantom Omni® y Novint Falcon™. Se describen las especificaciones técnicas de las dos interfaces; requisitos de software; integración entre escenas háptica y gráfica a través del uso de sus SDK y la aplicación de herramientas de libre distribución como OpenGL y VCollide, para la visualización del entorno gráfico y la solución a problemas de pérdida de realismo visual y detección de colisiones en un entorno virtual. En base a los resultados de algunos trabajos relacionados con la obtención, procesamiento y análisis de imágenes para la construcción de modelos, se desarrollaron aplicaciones hápticas de interacción con sólidos rígidos de interés médico, que incluyen herramientas para la marcación de puntos y trayectorias sobre una superficie y un algoritmo de reflexión de fuerzas para la simulación de procedimientos de resección de tumores. Se analizan las características de inmersión para la representación de los instrumentos virtuales quirúrgicos, integrando herramientas con geometría 3D y el cálculo de colisiones herramienta-herramienta y tejido-herramienta dentro de un entorno quirúrgico modelado con librerías software de código abierto. / Abstract. This thesis, analyzes the characteristics of two trading haptics interfaces and virtual environments implementation, as a feedback forces checking theory and development tools of tactile exploration on virtual surfaces focused towards preliminary applications in surgical assistance. Selection process for Phantom Omni and Novint Falcon haptics joysticks are covered. There are technical specifications described for the both interfaces; software requirements; integration between haptic scenes and graph using software development kit (SDK) available for every device and tools application of free distribution like OpenGL and VCollide, for graphical environment visualization and solution to visual realism loss problem and collisions detection in solid objects in a virtual environment. Taking advantage of some works results related to obtaining, processing and analysis of images for the models construction, were developed haptics applications with solid rigid interaction of medical interest that tools include for the bearing of points and paths on a surface and an forces reflection algorithm for procedures simulation of tumors resection. Immersion characteristics are analyzed for virtual surgical instruments representation, integrating tools with 3D geometry and calculation of tool - tool collisions and tissue - tool inside a surgical environment modeling with DLL software. Maestría