随着虚拟现实技术和计算机图形学的快速发展,基于虚拟现实技术的沉浸式虚拟交互技术逐渐成为新的人机交互方式。相较于其他技术而言,其独特性在于体验者能够获得高度的沉浸感。沉浸式虚拟交互技术通过跟踪体验者所处位置,协同计算机生成的虚拟场景,构建沉浸式的交互环境,并通过传感器设备与所处的环境发生作用,使用户获得沉浸式的交互体验。目前该技术被广泛应用于医疗仿真、工业装配、游戏娱乐、电影特效等领域。本文面向沉浸式交互技术的具体应用,通过研究虚拟现实中的交互方法,设计并构建沉浸式的平台环境,并对其中的关键算法进行分析研究,最终实现用户与虚拟场景的沉浸式交互。首先,针对虚拟交互过程中虚拟物体间产生的穿透现象,本文基于碰撞检测的原理,设计了一种混合层次包围盒碰撞检测算法。该算法首先在虚拟交互场景中使用包围球进行快速模糊检测,排除不相交、甚至距离较远的物体,然后使用OBB包围盒进行深层精细检测,解决了虚拟环境中物体之间交互时出现的穿透问题。其次,对于虚拟交互过程中用户手势识别不精确,交互体验较差的问题,采用了一种基于随机森林的手势识别算法。该算法根据从Leap Motion设备获取的手部运动数据信息,对手势动作中重要的隐藏特征进行提取,并引入数据预处理方法减少识别误差。实验结果表明随机森林算法能够快速准确的识别用户手势动作,明显的增加了用户在交互过程中的存在感。最后,本文搭建了一个沉浸式虚拟交互平台,该平台利用OptiTrack运动捕捉设备和Leap motion分别采集用户的位置信息和手势动作数据,通过CAVE投影设备将虚实融合之后的场景实时显示出来。开发者可以根据需求扩展平台功能,定制自己的虚拟交互系统。为了验证上述理论方法的有效性和交互平台的实用性,实现了基于碰撞检测和手势识别的不同交互场景。实验结果表明,两种交互场景在沉浸式交互平台中都能够达到良好的效果,极大地提升了用户的沉浸感。