基于Jack的虚拟人抓握过程的设计及实现

介绍了在Jack软件系统中如何实现对物体的抓握及其存在的问题，阐述了应用碰撞检测技术在Jack系统中仿真虚拟人体对各种形状物体的抓握过程的方法，包括抓握前准备(即初始手形的选取)、抓握动作的完成(即抓握位置的定位以及抓握动作的完成)2部分内容。这种抓握仿真的实现不仅克服了Jack系统现有抓握功能的不足，而且大大提高了用户在Jack系统中仿真抓握动作的效率。     

虚拟手抓握动作的Petri网模型及其仿真实现

虚拟手的运动建模是三维人机交互研究中的一个关键问题.虚拟人在执行维修作业的过程中,不可避免地需要徒手抓握操作对象或维修工具.为此,该文提出了一种基于位置/变迁Petri网的虚拟人手抓握动作模型.该方法以关节化虚拟手的几何建模和关节约束分析为基础,描述了抓握动作的Petri网模型,通过仿真循环叠代和关节插值计算,实现关节链上各个关节的运动控制,并基于面向对象的技术设计实现了典型抓握动作.最后,基于人体建模与仿真软件Jack,设计并实现了一个虚拟手抓握动作的Petri网,仿真和实验结果表明所述方法简便易行,能够满足虚拟维修作业的要求.     

基于OPENGL的三维人体运动仿真

研究虚拟人体运动仿真动画技术是计算机动画设计中极重要的课题,构建简化虚拟的人体几何模型,利用计算机图形学知识,针对人体几何建模复杂,逼真度、控制性差的问题,先优化设计人体仿真运动相应的数学模型,建立人体运动系统坐标系后,采用Denavic-Hartenberg法,建立虚拟人体分层结构运动链的空间关节坐标系统.在3DS MAX下进行逼真几何建模,把模型转化为OpenGL程序,运用Visual C++6.0和OpenGL为编程工具,实现虚拟人体关节运动控制.结果表明,建模逼真,优化的几何模型在软件下容易控制,整体效果好,增强了虚拟人体运动的真实感和动作效果,很好地实现了虚拟人体行走.     

基于Hu不变矩特征优化的人体运动姿态识别算法

人体的运动过程较为复杂,图像中的相似动作很多,对传统的特征识别形成干扰,造成识别准确性不高。为了提高其识别正确率,提出一种Hu不变矩和人工鱼群优化支持向量机的人体运动姿态识别模型(Hu-AFSA-SVM)。首先,以二维连续图像为基础,提取图像中人体运动姿态识别的7个Hu不变矩,然后将其输入到SVM中进行训练,并采用AFSA对SVM参数进行优化,通过寻找一个最优超平面,尽可能在满足分类的限制条件下,将所有人体运动姿态分类数据集中的类别分开,在克服干扰下,完成识别。最后对其进行仿真实验。仿真结果表明,相对于其它识别模型,Hu-AFSA-SVM提高了人体运动姿态识别正确率,同时加快了识别速度,是一种有效的人体运动姿态识别方法。     

基于Opensim的柔性外骨骼机器人的模拟仿真

现有的刚性外骨骼存在关节中心与人体下肢的生物关节中心较难对齐、限制人体运动的自由度和影响穿着舒适度等问题.针对上述问题,设计了一种由电机驱动的助力髋关节屈曲和伸展的柔性外骨骼机器人.基于该柔性外骨骼,利用三维动作捕捉系统和测力平台采集受试者在行走过程中的运动学和地面反作用力数据,运用生物力学分析软件Opensim建立人体-外骨骼模型;利用Opensim分别模拟计算出在行走时助力和不助力两种情况下驱动髋关节的主要肌肉的代谢值.模拟仿真结果表明:和不助力的情况相比,在行走过程中对髋关节助力会减小驱动髋关节运动的主要肌肉的代谢值,减小穿戴者肌肉的负担;在行走过程中减小穿戴者的能量消耗.     

基于Maya关键帧技术的虚拟人行走运动仿真

论文阐述了动画制作中的关键帧方法,人体骨骼关节原理以及分析了人体行走过程的重要特征。在此基础上,作者在Maya软件中运用关键帧技术和逆运动学相结合的方法,详细论述了虚拟人行走动画的制作过程,最终完成人体行走运动的仿真。     

基于Maya关键帧技术的虚拟人行走运动仿真

论文阐述了动画制作中的关键帧方法,人体骨骼关节原理以及分析了人体行走过程的重要特征。在此基础上．作者在Maya软件中运用关键帧技术和逆运动学相结合的方法,详细论述了虚拟人行走动画的制作过程,最终完成人体行走运动的仿真。     

基于插中的人体步行运动控制研究*

以人体步行运动为研究对象,通过构造人体几何和运动模型,引入辅助关节角将插中原理与已有运动控制的方法结合起来,提出一种新的方法自动灵活地控制每个周期下的人体步行的姿态.最后通过仿真证实了该方法的可行性.     

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.     

基于逆运动学和动力学的虚拟人行走仿真

在计算机上模拟真实人行走是计算机仿真的一个基本问题。人体行走是一种伴随着碰撞、摩擦和滑动的复杂的系统运动，为了实现模拟的逼真性，需要着重在运动控制上进行研究。首先对人体行走进行分析并建立了简单的人体模型，然后详细给出行走过程中关节点位置的数学描述，最后采用逆运动学求解雅可比矩阵的方法并结合动力学知识，运用VC＋＋．NET和OpenGL为编程工具以骨架模型实现了虚拟人行走。     

基于国标人体测量学数据的虚拟人缩放方法

具有准确人体测量学数据的虚拟人模型在虚拟制造和虚拟维修领域有重要的理论和现实意义。此外，根据某些人体测量学数据，参照典型的人体模型生成特定的虚拟人，即实现人体模型的参数化控制，对于合理地进行人机功效分析也有重要的应用价值。该文在分析我国成年人体测量学数据标准的基础上，通过研究Jack软件中人体模型表示方法和人体测量学数据之间的映射关系，提出了一种基于人体测量学数据的人体模型动态缩放方法。利用该方法在Jack软件中建立了基于国标人体测量学数据的人体模型动态缩放子系统。     

虚拟人行走运动的研究与实现

该文对虚拟人行走的运动控制方法进行了研究,对人体行走过程进行了详细的分析。根据Bruderlin对行走过程的分析,该文对其进行了简化,把行走过程的支撑期和摆动期各分成两个阶段,即Heel_Strike阶段和Toe_Down阶段构成支撑期,Toe_Above_Toe阶段和Knee_Straighten阶段构成摆动期。然后,用关键帧、逆运动学和简单动力学相结合的运动控制方法,实现了逼真的虚拟人行走运动。     

一个面向维修工程的虚拟人素分析系统软件框架

在工业产品、武器装备的维修性设计中，用虚拟现实技术进行人素分析，可以有效地提高产品的可维修性。该文提出了一个虚拟人素分析软件框架，并在此基础上，基于虚拟人平台—Jack，设计实现了一个虚拟人素分析系统。该系统根据给定的虚拟人体模型和虚拟样机进行人素分析并产生人素分析报告。该软件实现了维修仿真过程建模，以及基于维修仿真过程的人素分析功能，给用户提供了一个高效的分析环境。软件系统的应用实例研究表明，该文提出的软件框架是合理有效的。     

Design of a virtual human presenter

We have created a virtual human presenter who accepts speech texts with embedded commands as inputs. The presenter acts in real-time 3D animation synchronized with speech. The system was developed on the Jack animated-agent system. Jack provides a 3D graphical environment for controlling articulated figures, including detailed human models     

运动捕捉数据在Jack平台上的重定向技术研究

提出了一种BVH格式运动捕捉数据驱动Jack三维骨架模型产生人体运动效果的方法。将Peabody结构的Jack虚拟人模型简化成能够映射BVH数据的树状骨骼结构,使用欧拉角旋转方程建立运动捕捉数据与Jack角色模型的关节数据映射公式,最后在Jack平台上用Python等脚语言进行了编程实现。为在Jack平台中大规模重用运动捕捉数据提供了条件。     

虚拟人运动建模中的逆向运动学方法研究

针对当前虚拟人运动建模中缺少环境约束这一问题,文中提出了一种基于环境约束的逆向运动学求解方法。主要研究了在环境约束下,如何运用逆向运动学方法使人体的步行运动更加真实直观。首先提出了人体的层次结构模型和关节模型,其次对CCD算法的实现方法进行分析,最后结合CCD算法提出一种在环境约束下调整人体步行运动的方法。解决了运动捕捉方法中动作单一的问题,使虚拟人能够根据环境信息调整现有的动作,最终能够使虚拟人在平坦地面的运动和上下台阶运动都更加灵活真实。     

Human responses to augmented virtual scaffolding models

This study investigated the effect of adding real planks, in virtual scaffolding models of elevation, on human performance in a surround-screen virtual reality (SSVR) system. Twenty-four construction workers and 24 inexperienced controls performed walking tasks on real and virtual planks at three virtual heights (0, 6 m, 12 m) and two scaffolding-platform-width conditions (30, 60 cm). Gait patterns, walking instability measurements and cardiovascular reactivity were assessed. The results showed differences in human responses to real vs. virtual planks in walking patterns, instability score and heart-rate inter-beat intervals; it appeared that adding real planks in the SSVR virtual scaffolding model enhanced the quality of SSVR as a human - environment interface research tool. In addition, there were significant differences in performance between construction workers and the control group. The inexperienced participants were more unstable as compared to construction workers. Both groups increased their stride length with repetitions of the task, indicating a possibly confidence- or habit-related learning effect. The practical implications of this study are in the adoption of augmented virtual models of elevated construction environments for injury prevention research, and the development of programme for balance-control training to reduce the risk of falls at elevation before workers enter a construction job.     

Human responses to augmented virtual scaffolding models

This study investigated the effect of adding real planks, in virtual scaffolding models of elevation, on human performance in a surround-screen virtual reality (SSVR) system. Twenty-four construction workers and 24 inexperienced controls performed walking tasks on real and virtual planks at three virtual heights (0, 6 m, 12 m) and two scaffolding-platform-width conditions (30, 60 cm). Gait patterns, walking instability measurements and cardiovascular reactivity were assessed. The results showed differences in human responses to real vs. virtual planks in walking patterns, instability score and heart-rate inter-beat intervals; it appeared that adding real planks in the SSVR virtual scaffolding model enhanced the quality of SSVR as a human – environment interface research tool. In addition, there were significant differences in performance between construction workers and the control group. The inexperienced participants were more unstable as compared to construction workers. Both groups increased their stride length with repetitions of the task, indicating a possibly confidence- or habit-related learning effect. The practical implications of this study are in the adoption of augmented virtual models of elevated construction environments for injury prevention research, and the development of programme for balance-control training to reduce the risk of falls at elevation before workers enter a construction job.     

基于视频的人体行走参数测量方法及应用

针对现有的人体行走参数测量方法复杂度高、效率低等问题,提出了一种基于视频的人体行走 参数测量方法。利用监督学习的方法对视频中的运动目标进行姿态估计,逐帧识别骨骼关节点。然后根据头部 和脚部特征点,结合场景标定获取的像素距离与实际距离的转换关系,实现行走身高测量;根据关节特征点, 利用余弦公式计算关节活动度;根据脚部特征点,提出了一种结合前后极点帧差和像素差判断行走步长和步速 的方法。最后提出了一种基于 Unity3D 的虚拟人随动控制方法,能够在虚拟场景中进行运动仿真,便于实时监 控和分析视频中的人体异常行为并做出预警。实验表明该方法具有操作简单、准确度高和实时性强等优点。     

虚拟人实时运动控制的研究

为在虚拟环境中再现逼真的人体运动,对虚拟人的实时运动控制进行了研究。简单阐述了对虚拟人体的几何建模和运动建模。在传统人体动画控制技术的基础上,提出了虚拟人行为的高、低两层控制策略,实现了虚拟人行为的智能化－－在低层运动控制部分,通过关键帧,正向、逆向运动学和简单动力学适当结合的多重控制技术对人体的关节直接控制,实现了周期地步行、跑步等移动动作;在高层运动控制中,研究了避免碰撞障碍物的路径规划和接近