虚拟人在队列训练模拟器中的应用

随着仿真和虚拟现实技术的发展,虚拟人技术由理论研究逐渐走向实际应用,在医学、军事、航天、体育、艺术等领域发挥越来越重要的作用.然而,由于人体外形和运动的复杂性,对人类自身完美地模拟还十分困难.以队列训练模拟器为背景,重点研究了系统中虚拟人的几何和运动控制建模.根据军事队列训练的目标和要求,采用分层虚拟人表示方法,建立了具有树形结构的人体几何模型;应用基于视频的运动捕捉技术和运动学方法,控制虚拟人的行为动作;以齐步走为例,给出了仿真结果.仿真和实验结果表明,所建立的人体几何模型逼真可信,基于视频的运动捕捉和运动学结合的运动控制方法有效、逼真地对虚拟人进行了控制.     

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     

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。     

基于轴变形技术的实时人体肌肉变形

1引言 真实感虚拟人的建模是计算机图形学领域中最具挑战性的工作之一.自七十年代以来,人体建模的计算模型出现了包括从杆状模型、简单的多边形模型到曲面模型甚至有限元模型,生成的3D人物在虚拟现实系统、视频游戏、电影和电视广告中得到了广泛的应用.虽然研究人员在表示和变形虚拟人体形状已取得了很大进展,但人体的逼真动画还没有取得较为满意的结果,其中一个最主要的挑战在于:人体运动时皮肤的自动与真实的变形.对于逼真人体的实时变形模拟,国内外的研究相对较少,随着计算机硬件的飞速发展,虚拟社区、虚拟战场等实时分布式虚拟现实技术的应用需求的不断增加,需要虚拟人不仅具有非常强的真实感,而且能够实时地做出各种动作和姿态.这就为虚拟人建模提出了更高的要求.     

基于Java 3D的虚拟人仿真方法

提出一种将3DS MAX、MS3D与Java 3D编程技术相结合的虚拟人仿真方法,可使虚拟人达到相对逼真且交互性强的效果。该方法首先采用3DS MAX角色动画技术进行人体静态建模和动作建模;然后通过将底层基本动作片段转化为MS3D格式,供Java 3D的骨骼动画模型接口调用;最后利用Java 3D编程来控制虚拟人的高层行为活动。该方法有利于角色建模、运动仿真和行为控制等设计工作的分工协作,适合于网络环境下多角色、复杂动作的虚拟人仿真。     

一种具有逼真效果的虚拟人动画生成方法

针对传统的虚拟人动画逼真度低、动画生成复杂、且动画存在飘移现象的问题,提出了一种基于视频关键帧获取运动数据的虚拟人动画生成方法。首先利用线性混合蒙皮算法建立了新的人体几何模型;其次利用正向运动学方法驱动虚拟人的骨骼模型,并利用平移补偿原则消除虚拟人运动中的飘移现象;最终实现了基于双目正交视觉获取关节运动参数的虚拟人动画。实验结果表明,新方法能逼真地模拟真实人体动作,且方法易于实现、实用性强。     

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.     

人体运动的函数数据分析与合成

在许多虚拟现实的应用中,虚拟人作为人在计算机中的表示,是提高其交互能力和沉浸感的重要因素之一.然而,对于虚拟人建模而言,合成逼真、可控的虚拟人运动仍然是具有挑战性的课题.为此,提出了一种基于函数数据分析的人体运动合成方法.通过对一组样本运动进行函数主成分分析,构建出一个由特征运动构成的低维函数子空间.该低维子空间不仅能够有效地刻画样本序列内在的变化规律,而且也为有目的的运动合成提供了方法.在该空间中,通过控制各特征运动的系数即可合成出逼真、平滑的运动序列.该合成过程没有耗时的计算,因此能够满足各种实时应用     

DI-Guy中人体动作生成方法研究

针对实时人物动作角色软件DI-Guy在运动编辑及新动作生成方面的局限,提出了结合3D人体动画软件及标准动.作捕捉数据文件在Vega环境中基于DI-Guy平台进行虚拟人动作生成的开发思路,给出了人体动作建模软件Poser中动作数据文件生成的详细开发过程,分析了Vega环境下动作捕捉数据文件的应用方法.依据上述开发思路进行了DI-Guy下用户定制动作的添加生成,所添加、定制的动作逼真、形象,而且系统运行速度不受影响,同时系统也可直接调用DI-Guy原有高层动作函数,大大方便了应用系统的开发.实验结果表明开发模式对于扩展DI-Guy的应用范围及提高虚拟人应用系统的开发效率具有重要的实用价值.     

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.     

基于DI-Guy的人体视景仿真研究与应用

本文分析了目前几种典型的虚拟人系统,着重研究了基于DI-Guy的人体视景仿真技术,讨论了虚拟人的开发环境,分析了两种虚拟人生成方法（ACF配置实现及API编程实现）,论述了虚拟人实时运动中的若干问题;着重介绍了虚拟人自定义动作实时驱动方法,克服了用动作库中成型动作驱动的缺点,提高了人体视景仿真的真实性;给出了仓库调
调度仿真系统应用范例。结果表明,包含多个人体实体的虚拟场景在HP6200上的运行帧频大于28帧／秒,而且人体动静态效果逼真,满足一般工程应用需求。     

基于运动捕捉数据的虚拟人建模及运动仿真

虚拟人运动具有深远的理论价值及广阔的应用前景.但是因为运动形式多样导致动特性复杂,计算难度大,现有的虚拟人运动仿真系统很难同时保证仿真的实时性和真实性.根据快速发展的运动捕捉技术,为解决上述问题,采用一个虚拟人运动仿真系统.首先建立既计算简单又显示逼真的虚拟人模型,可根据运动捕捉数据对虚拟人模型进行仿真.实验结果表明,方法可以在保证时间复杂度的基础上逼真地运用运动捕捉数据驱动虚拟的运动.经实验证明,虚拟人运动仿真方法,可以应用于智能人机交互领域中.     

虚拟人技术研究综述

主要从虚拟人的几何表达、运动生成及控制这两个方面对虚拟人技术的研究进展作了一个比较全面的综述.针对目前已有方法存在的缺陷,提出了一种基于多刚体系统理论的虚拟人建模方法的思路与框架.     

基于骨骼的三维虚拟人运动合成方法研究

针对虚拟人运动合成中建立的人体模型存在复杂化、合成的虚拟人运动序列逼真度差的问题,提出了一种基于骨骼的虚拟人运动合成方法。在分析人体结构的基础上,通过三维图形软件获取人体骨骼数据,构建虚拟人体的骨骼模型。另外,将关键帧四元数球面插值算法与时间和空间变形方法相结合,生成多样化的虚拟人运动序列。实验结果验证了该方法的有效性。     

一种虚拟人运动生成和控制方法

利用运动捕获数据,通过学习获得虚拟人运动的统计模型,从而创建真实、可控的虚拟人运动.提出了一种方法:通过对原始运动数据聚类,提取出局部动态运动特征--动态纹理,并用线性动态系统描述,有选择地注释有明确含义的线性动态系统,构建注释动态纹理图.利用这一统计模型,可生成真实感强、可控的虚拟人运动.结果表明,这种方法在交互环境中能够生成流畅、自然的人体运动.     

虚拟人步行和跑步运动方式的实现

描述了虚拟人步行和跑步两种基本运动方式的实现方法。为确保虚拟人的行为符合真实环境中人体的运动规律和运动特征,根据对人体行走和跑步模型的分析,提出用关键帧,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进行控制,实现了周期的步行、跑步等移动动作,接着通过引入运动特征参量,对已生成的移动动作加以修正,对不同人的个性化行为进行模拟,生成了不同速度、频率、步辐特征的走步和跑步动作。最后,利用动态仿真,能够交互地调整虚拟人运动的方向和速度,并使他在原地踏步、走步、跑步和转身这几种运动模式间进行转换。     

虚拟人运动中受扰的平衡保持算法

为了更加真实且实时地模拟运动中虚拟人恢复平衡的反应动作,提出一种针对受到外界作用力扰动的虚拟人平衡保持算法.首先通过虚拟人质心位移和速度来判断平衡性;然后借助生物力学的研究成果设计了具有人体特性的虚拟人运动受扰后的平衡保持方法,并用动力学进行模拟,驱动虚拟人完成平衡恢复.实验结果表明:该算法计算效率高,符合人体的生物力学特性,并且具有良好的交互性与较好的视觉效果,适用于虚拟人动画合成.     

虚拟战场环境中单兵行为仿真

虚拟人是完全由计算机表示,看起来像真人的图形实体.虚拟现实技术的发展和客观应用的需求,是虚拟人的研究逐渐成为计算机科学中一个非常重要的研究领域之一.该文主要介绍了仿真虚拟作战环境中虚拟士兵的真实感问题.在分布虚拟战场仿真和军事演练仿真中,常常把仿真的重点在地形和运动实体(如导弹、飞机、坦克等)上,而把注意力较少放在每个人体和人体运动的仿真.但在灾难救援训练、交互式防暴演习以及以步兵为对象的军事演练中,人体的运动描述和他的行为建模与仿真变得越来越为重要,对于增强虚拟环境的真实感、参与性,有重要意义.     

船舶狭小空间虚拟人维修姿态建模技术

针对现有虚拟人仿真技术在船舶狭小空间维修作业中存在的效率低下、需要较多人工干预、仿真成本高等问题,提出一种虚拟人姿态混合建模仿真技术。根据狭小空间中人体维修作业的特点,将虚拟人姿态建模分为虚拟人躯干及下肢姿态建模与虚拟人手臂姿态建模两部分。首先,提出一种基于姿态库的狭小空间姿态自动匹配算法,以确定虚拟人在狭小空间中的操作位置与姿态;在此基础上,建立多目标优化模型对手臂姿态进行求解,并实现维修仿真姿态的生成。以某型船舶机舱罐体阀门维修为例的实验结果表明,所提方法可以实现虚拟人姿态的自动定位与生成,且可有效提高维修仿真效率。     

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。