虚拟人几何建模及运动控制方法的研究

对目前虚拟人几何模型建市的几种常用方法进行了阐述,并对它们的优缺点进行了对比分析,同时对走步、跑步等几种典型的运动的控制方法进行了概述和对比研究.     

面向艺术与设计虚拟人技术比较研究

在面向艺术与设计虚拟人技术领域,建模、皮肤变形、运动控制是其基本问题。首先介绍了基于经验知识、人体解剖学以及基于物理模拟的虚拟人研究方法,然后介绍了基于样本插值的虚拟人研究方法。最后对两种方法进行了比较研究,并展望了未来的发展方向。     

虚拟人的建模方法

虚拟现实(Virtual Reality)做为人工智能、计算机图形学、人机接口技术、传感器技术等一系列技术的汇集,对社会发展有着重大的影响。虚拟现实技术是使用计算机生成逼真的三维视、听、触觉等感觉世界,使用户(带有适当的装备,如特制的服装、头盔、手套、眼镜等)可以使用自然的技能对虚拟世界的客体进行交互考察。构造一个虚拟现实系统的基本手段和目标就是利用并集成高性能的计算机软硬件及     

基于D3D的三维虚拟人运动显示

开发了一套基于Direct 3D技术的应用程序开发包DXVHSDK,它可以在虚拟环境中载入、驱动并显示一个或多个三维虚拟人,具有绘制速度快、可靠性高、可扩展性强等优点,能够灵活地驱动虚拟角色完成各种复杂的运动和操作,可以广泛应用于仿真、娱乐、智能人机交互等领域．在DXVHSDK的基础上,还开发了一个可以控制虚拟人运动的原型系统．     

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.     

虚拟人合成研究进展

虚拟人是人在计算机生成空间(虚拟环境)中的几何特性与行为特性的表示.虚拟人合成研究的内容主要包括逼真人体模型与逼真人体运动行为.文中介绍了人体建模方法、人体运动行为生成方法的发展过程,给出了基于实例的人体建模与人体运动行为建模的研究进展,以及这些研究成果的应用例子,最后列举了几个前沿研究问题.     

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.     

虚拟人运动控制仿真实验研究及其在冬奥仿真中的应用

面向数字媒体专业虚拟人运动控制基础及原理,梳理虚拟人运动控制仿真实验教学内容体系,提出“知识点—原理—实践—研究”多层次虚拟人运动控制仿真实验设计思路,从空间坐标变换基础知识实验、逆向运动学控制关键原理实验、多虚拟人运动控制应用实验出发,介绍典型实验的设计与实现过程,通过计算机动画与虚拟现实课程教学实践说明效果,展示虚拟人运动控制仿真实验在冬奥仿真中的应用。     

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.     

基于两段式IK与关键帧的虚拟人运动控制

为提高网络虚拟环境中虚拟人运动控制的效率与显示效果,提出逆运动学和关键帧法相结合的虚拟人运动控制方法.在逆运动学中设计改进的CCD算法实现分阶段IK计算,因回溯路径的缩短,减少了计算量;在关键帧中插入由四元数插值法生成的中间帧,提高虚拟人运动的真实感;通过IK求解的关节旋转角不仅实现对姿态的逼近,还使关节更具有弹性;引入运动特征参量,可增强虚拟人动作模式的多样性.     

虚拟人行为控制技术在分布式虚拟环境中的实现

在分布式虚拟环境中加入虚拟人的运动时,一方面要考虑行为建模与姿势控制技术的实现,以生成理想的行为动画,另一方面关节,体模型的复杂性导致运动参数在网络上传输的负载增大。如果采用不同层次的参数来描述虚拟人姿势,则可以实现一些高层的行为控制方式,并将参数关键帧技术和逆向运动学技术等各种动画技术有机结合,同时给网络传输参数的选择提供不同的解决方案,文章对采用不同方案带来的网络负载和计算负载进行了定性比较和分析。     

人体运动捕捉及运动控制的研究

在论述了几种方式的人体运动捕捉的基础上,介绍了光学运动捕捉的关键技术,包括摄像机标定、标记点跟踪和三维重建技术。无标记点的运动捕捉是新兴的技术,它将捕获的图像进行分割并分析,然后用多种约束算法进行三维重建。基于运动捕捉的人体运动控制相关文献很少,文中列举了现有各种应用运动捕捉数据的方式,包括基于关键帧、运动学和物理模型等的应用。论文对运动捕捉及运动控制技术进行了总结,可为此领域的研究提供有用的信息。     

虚拟人食指肌肉控制及运动约束研究

基于生理解剖结构,建立了虚拟人食指肌肉控制机制,通过控制多条肌肉收缩,实现了单指多关节灵活运动。同时针对传统模型单指运动控制较为独立,缺乏约束而导致不够真实的情况,研究了运动中双指间促进和制约的关系,提出了运动约束关系图。该图能够同时描述单指及双指的运动空间及其非线性约束关系,并刻画出实际不可到达区域。实验表明,所建立的控制机制能较好地仿真出食指的灵活运动,利用约束关系图能够保证手部仿真运动符合生理特征,具有较好的真实感和自然性。     

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。     

基于可操作度的虚拟人手部避障运动控制算法

研究复杂作业环境中虚拟人手部避障运动的高精度控制问题,问题的关键是解决虚拟人手的设计.为了灵活操作能在操作的末端临时变换姿态,给控制过程中手臂转动路线,速度,加速度等参数的控制带来较大困难.传统的控制方法通过增加控制自由度来解决这个问题,但是一旦自由度增加,会带来冗余控制影响,弊端较为明显.提出一种采用可操作度矩阵的逆向运动学控制算法,引入可操作度模型进行肢体末端效应器运动路径的生成,与HAL链IK分析求解方法相结合,实现了真实感较强的肢体实时运动控制.通过仿真和动作捕获实验验证了算法的有效性,可应用于人机工程仿真中的避障控制和干涉检查.     

面向人素分析的虚拟维修系统的设计与实现

提高产品的维修性是当前产品开发的主要性能指标之一.在产品的维修性设计中,通过虚拟维修仿真过程的人素分析,可以有效地提高产品的维修性.据此,提出了一个面向人素分析的虚拟维修系统的结构框架,并基于虚拟人软件平台--Jack进行了系统实现.该系统可以在维修仿真过程中,控制虚拟人对虚拟样机进行维修操作,并进行在线分析和给出维修性的设计建议.以某型设备为例,对系统进行了实例验证.最后提出了进一步研究的工作.     

基于JACK的虚拟人行走建模与实现

针对目前Jack软件中人体直立行走仿真过程存在的缺陷(动作不自然问题、姿态转变存在突变现象),分析了Jack软件中人体运动模型及直立行走的控制方法,提出利用参数化关键帧技术对人体运动控制过程进行改进,通过改进,使得人体的行走仿真更加逼真、自然,有效地提高了人体运动仿真的真实感。结果将改进的运动控制流程应用到虚拟人体的弯腰走、携物走、跑、爬行、攀登、匍匐等广义行走仿真中,实现了人体各种姿态的行走动作,有效提高了jack软件在工程中的实际应用能力。     

自动匹配虚拟人模型与运动数据

使用运动数据驱动虚拟人模型运动是人体运动仿真的常用方法.通常,运动数据本身定义了适合该运动数据的骨架结构,这要求被其驱动的虚拟人模型也必须有相匹配的骨架定义.提出了一种推迟到运动数据导入时再为模型生成骨架结构的基于语义分析的懒匹配算法(lazy match based on semantic analysis,简称LMSA),该算法先用一组平行平面切分人体模型以生成备选关节点集,并在导入运动数据后对备选关节点集和运动数据的骨架结构进行语义分析,匹配具有相同语义的备选关节点和骨架结构的各关节,使已有的虚拟人几何模型能够直接应用于具有不同骨架结构的人体运动数据.