一种适合实时运动及变形的虚拟人建模方案

目前,适合于实时运动变形的虚拟人建模方法在逼真性和实时性上各有侧重.提出了一种均衡的方法,通过动态生成点圈来进行各肢体间的无缝化处理从而保证了较高的逼真性,同时通过动态细分的策略保证了模型的整体复杂度不会太高,从而达到实时的要求.最后给出了在这种建模方案下的姿态驱动及呈现的算法流程,整个方案效果良好.     

基于广义交叉截面的实时虚拟人皮肤变形方法

皮肤变形是虚拟人合成研究领域的重要研究方向之一。交叉截面皮肤变形方法由于具有较好的实时性和逼真性在实时虚拟人应用环境中被广泛采用。但是这种方法要求虚拟人皮肤网格按照规则的交叉截面轮廓的方式组织,难以表达更丰富和精细的皮肤变形特征。基于此,本文提出了基于广义交叉截面的皮肤变形方法。该方法既具有速度快、操作简单、占用存储空间小的优点,同时又克服了交叉截面方法在皮肤网格组织方式方面的局限性,可以驱动任意皮肤网格组织方式的虚拟人表面模型,获得非常逼真的皮肤变形效果。     

虚拟维修中虚拟人的动作模型设计

提出了一种基于维修任务分解的虚拟人动作模型设计方法,将虚拟维修任务分解为三个过程,建立了三个相应的维修动作层次化模型,阐述了维修动作的分类与设计,并将维修动作模型应用到了虚拟维修过程中.实验结果表明,基于维修任务分解的虚拟人动作模型可以有效地将虚拟人技术应用到虚拟维修中,大大提高了虚拟维修的逼真性.     

保持几何特征的均值骨架子空间网格变形

骨架子空间网格变形算法(SSD)在许多3D应用程序中被广泛使用,但其预操作烦琐不适合于普通用户,且变形的结果常常会出现拉伸或收缩等不自然现象.提出一种改进的骨架子空间网格变形算法,将SSD与微分域坐标和均值骨架坐标相结合,达到局部几何特征及骨架特征的保持.由于改进的骨架子空间变形算法最终归结为一个线性的能量最小问题,从而达到了操作的实时性.通过实例证明,该算法不但能够实时地生成视觉真实的变形结果,而且应用广泛,适合于普通用户.     

基于生物力学的虚拟人运动控制及行走仿真

为使虚拟人运动控制产生的运动行为更加接近真实人体运动,构建了一个基于生物力学的虚拟人运动控制系统.该控制系统主要包含3层:高层策略控制层,用于监控环境变化和虚拟人自身状态,并依据给定的控制策略向中间层送出控制信号;中间脊椎反射层,可接收来自高层的控制信号和感知到的虚拟人自身状态及环境信息,并映射为肌肉的激励信号;底层肌肉驱动层,通过引入肌腱模型来产生与真实人体肌肉力特性相同的驱动力.为了提高仿真行走运动的逼真性,在控制参数优化过程中引入步态相似度作为评价标准.在Matlab中的Simulink环境下进行虚拟人行走运动仿真实验的结果表明,文中系统能够自主控制虚拟人平稳行走且运动有很好的逼真性;仿真结果表明,该系统可行性强,且在优化过程中加入步态相似度评价标准获得的控制参数能够产生更为逼真的虚拟人行走运动.     

基于层次B样条的网格模型变形技术

针对常用的网格模型提出了一个基于层次B样条控制的三维网格空间变形框架．首先由用户交互地选取编辑区域,由程序完成编辑区域的参数化和均匀重采样;然后用层次B样条光顺拟合这些均匀采样点,所得的R样条曲面作为网格模型的基曲面,计算待编辑区域中网格顶点相对该B样条基曲面的局部坐标,该局部坐标平移、旋转不变,可视为模型的内蕴几何特征,并作为变形操作中的不变量．用户通过编辑层次B样条基曲面或者直接编辑三维网格模型,可实现多分辨率变形．实验结果表明：该方法操作直观方便,无论对整体还是局部变形,都能取得可控、可靠的变形效果,且采刚B样条曲面的控制手段易于与已有的造型系统合成．     

基于参数化运动合成的运动图构建及其应用

虚拟人运动的可控性和逼真性是虚拟现实应用中追求的重要目标,为了实现对虚拟人的灵活控制,合成出逼真的运动序列,提出了基于参数化运动合成的运动图方法.运动图的结点中存储了具有明确含义的控制参数,通过改变控制参数合成不同的运动片段,可以实现对虚拟人的灵活控制;提出了一种改进的运动融合方法,运动图的边将不同运动片段进行融合,有效的避免了脚步滑动和根关节朝向抖动的产生.根据用户对交互控制和路径轨迹的不同应用需求设计实验,实验结果表明,方法不仅具有较高的控制精度,而且合成的运动序列逼真自然.     

三维散斑相关法在机翼变形动态测量中的应用

针对机翼变形中应变检测的常规方法和传统方法存在的不足,以及飞行过程中的动态性和实时性要求,对基于三维散斑相关的机翼变形动态测量方法进行了研究.首先,由数字散斑相关和双目立体视觉的基本理论出发介绍了机翼动态三维变形测量方法;然后,针对散斑图像特点,分别从实时性、匹配基元、匹配准则、算法结构几方面进行分析研究,设计出适合于散斑图像特点的区域立体匹配算法;最后,构建出系统布局,并通过实际制作机翼模型进行验证.经分析,实验数据能较好地反映机翼变形过程中的三维应变状态.进而验证了该方案及算法的可行性.     

BP网络在嵌入式大气数据传感系统中的应用

研究了BP人工神经网络在嵌入式大气数据传感系统中的应用.提出了以BP网络为基础的动、静压和修正参数的改进算法,并对其应用Matlab软件进行了验证.改进算法首先应用广义逆矩阵简化方程组,然后应用BP网络求解非线性方程.计算结果表明,改进算法在精度、可靠性等方面可以满足系统的设计要求.在实时性上由于改进算法避免了迭代运算,达到同样的精度所需要的计算时间只相当于原有算法的5%,比迭代方法具有更大实时性优势.     

救援救生仿真系统中虚拟人运动控制的实现

利用起点终点的直线距离生成Hermite曲线的方法,用该方法生成的曲线能有效地逼近原始曲线.将生成Hermite曲线的方法应用到救援救生视景仿真系统中,根据全局坐标系中建立局部坐标系以确定位姿,同时将坐标系中的位姿用矩阵形式表示,利用起点坐标和终点坐标计算得到控制点坐标,并能够保证虚拟人可以运动到终点位置.结合DOF节点作为控制虚拟人运动的控制点,同时获取正确的DOF节点相对于船的位姿,实现了虚拟人随时间变化沿Hermite曲线在摇晃的船上运动.     

一种基于国标人体测量学数据的虚拟人建模方法

针对目前利用国标人体测量学数据构建的虚拟人模型,只有单一的骨骼层或皮肤层,不便于同时对虚拟人进行实时运动控制和皮肤动态变形研究的问题,提出一种利用GB 10000-88的19个人体测量学特征数据、用3ds max构造出虚拟人的皮肤网格、层级建模方法构建出虚拟人的骨骼关节运动模型与四元数球面混合插值技术相结合的虚拟人建模方法。实验结果表明,该方法构建的虚拟人双层模型有利于对准确的国标人体测量学数据的虚拟人角色进行建模、皮肤逼真变形、实时运动仿真和人机工效学分析。     

A fast parametric deformation mechanism for virtual reality applications

Virtual reality technologies have been adopted in a wide variety of applications for its interactive ability and realistic senses. Despite early implementations regard VR only as a medium for lively animation; a practical VR work must deliver precise deformation on virtual objects based on real-time interactions. The exact ability is especially important for users who utilize VR to do collaborative design, for it will greatly reduce the amount of on-line computations on operating substance-based interactions, and consequently facilitates the collaboration. Therefore, this research will employ neural networks to memorize the deformation behavior of solid objects, and then perform instant and accurate deformations in the virtual environment. The proposed method also allows design variations for parametric features, and uses feature parameters as variable switches to adjust the deformation mechanism. There are three steps in the method: (1) For a sample object, generate force-induced deformations using the finite-element method; (2) memorize the surface displacements with artificial neural networks; and (3) convert the parametric deformation matrices into Behavioral Modules for the virtual reality engine. In the implementations, ANSYS is used to generate model deformations, and MATLAB is used to perform neural training. Finally, a virtual environment is built using Virtools where customized Building Blocks are created to present interactive deformation behavior. Experiments were carried out on an Intel XEON workstation with nVIDIA Quadro4 750GL display device. Sample workparts are tested to examine the ability of the method. The results show that both training accuracy and real-time capability are more than satisfactory.     

关节点处增加截面的三维虚拟人皮肤变形方法

实时逼真的三维虚拟人的皮肤变形技术是计算机动画的重要研究方向之一。基于切面轮廓线进行操作的交叉截面皮肤变形方法由于速度快及良好的连续性被广泛地使用。但在自由度变化大的关节处难以表达细微的皮肤结构。基于此,在自由度变化较大的关节处通过增加截面的方法进行补偿来表现细微的皮肤变形,取得了预期的效果。该方法解决了关节处皮肤变形的失真效果,并且没有降低实时性,获得了理想的皮肤变形效果。     

三维虚拟人皮肤变形技术分类及方法研究

在虚拟人合成研究领域,皮肤变形一直是一个重要和活跃的研究方向．首先概略介绍三维人体几何表示方法以及皮肤的表示和几何建模方法,然后针对目前存在的皮肤变形方法,提出了两重分类方法．首先按照三维人体几何表示方法将皮肤变形分成两大类：表面模型皮肤变形和多层模型皮肤变形,然后按照皮肤变形机制把表面模型皮肤变形方法分成4个子类．详细介绍了每类方法的原理和优缺点,最后指出了皮肤变形目前存在的问题并展望了未来的发展方向．     

运动状态下虚拟人全身皮肤实时变形方法

完善了已有的广义交叉截面法,针对人体全身各处的特点提出了多种灵活有效的截面分组方法,实现了人体运动状态下的全身皮肤实时变形;同时结合插值方法,进一步提高肩关节、髋关节等运动幅度较大部位的皮肤变形效果.该方法适用于任意皮肤网格组织方式的虚拟人模型,能够在人体各种运动状态下实时生成逼真的全身皮肤运动变形.     

骨粒串主导的自由曲面变形算法

由于目前广泛应用的骨骼子空间变形算法本身固有的缺陷，常常导致生成的曲面出现“塌陷”与“萎缩”，严重影响了生成曲面的真实感．提出一种骨粒串主导的自由曲面变形算法，通过重构曲面模型，将骨骼与曲面相结合，并把虚拟的骨骼实体化，成为可变形的骨粒串．变形时先计算每一骨粒的新坐标，然后计算相应皮肤顶点的新坐标．实验结果表明，该算法有效地消除了“塌陷”与“萎缩”，生成的曲面具有高度真实感．     

The skin deformation of a 3D virtual human

This paper presents a skin deformation algorithm for creating 3D characters or virtual human models. The algorithm can be applied to rigid deformation, joint dependent localized deformation, skeleton driven deformation, cross contour deformation, and free-form deformation (FFD). These deformations are computed and demonstrated with examples and the algorithm is applied to overcome the difficulties in mechanically simulating the motion of the human body by club-shape models. The techniques described in this article enables the reconstruction of dynamic human models that can be used in defining and representing the geometrical and kinematical characteristics of human motion.     

Vector Field Based Texture Mapping of Animated Implicit Objects

This paper shows that an adequate use of vectorfields can solve most inconsistencies related to texture mapping that appear in current animation and rendering systems based on implicit objects. The method used is based on the concept of a virtual skin. A skin with its own texture mapping is spread over an implicit object and is constrained to stick to the deformation of the implicit object. A vectorfield is used to compute the relationship between the motion of the skin and the deformation of the object. Visual and implementation issues are discussed with respect to typical applications of implicit objects in computer graphics.     

样条曲线的参数化变形方法

提出一种曲线在几何约束下发生整体变形,且约束能够被精确满足的计算曲线变形的方法,该方法被称为参数化变形,位移曲线被定义为变形后曲线的表达式与变形前曲线的表达式之差所表示的曲线,对传统能量法进行改进,提出对位移曲线的能量在线性约束下求最小的方法,得到了精确的变形计算公式,以此公式为基础,提出在非线性约束情况下曲线变形的计算方法,文中提出的参数化变形的计算方法可用于二维参数化设计模型中。