基于解剖学的人手肌肉建模技术

为实现仿真手在运动过程中符合人手的生理特性及运动特点，文中通过分析手的解剖结构，总结控制手部运动和形状的约束参数．采用层次建模方法，先建立用线段表示的含有约束参数的手部骨骼模型，然后在此基础上根据手部的特征横截面确定特征多边形，采用NURBS面片拟合的方法建立依附于骨骼之上的肌肉模型。此方法建立的手部模型在运动仿真过程中，手部肌肉以对应的骨骼为轴线并随着骨骼各个参数的变化而发生相应的变化，最终取得良好的仿真效果。     

手部运动计算机仿真的实现

根据手部自身的物理特性和生理特性,采用分层技术,严格按照手部解剖学,先建立其骨骼模型,在此基础上形成肌肉模型,最后在肌肉模型上附加一层皮肤。这样,骨骼运动引起肌肉的变形,随着皮肤也跟着发生相应的变化,使虚拟手模型无论从形状上还是运动上都能达到更高程度的逼真效果。     

手部运动计算机仿真的实现

根据手部自身的物理特性和生理特性，采用分层技术，严格按照手部解剖学，先建立其骨骼模型，在此基础上形成肌肉模型，最后在肌肉模型上附加一层皮肤。这样，骨骼运动引起肌肉的变形，随着皮肤也跟着发生相应的变化，使虚拟手模型无论从形状上还是运动上都能达到更高程度的逼真效果。     

基于多线谱驱动的虚拟人手运动及约束控制

针对现有手部运动模拟控制的复杂性,通过分析人手解剖学结构及运动特性,提出了基于多线谱控制的虚拟人手运动及控制机制。针对单指运动,通过控制该指上的多条肌肉归一化收缩量,驱使单指关节的灵活运动;在多指协同运动中,由于相邻手指之间存在运动促进和制约的关系,因此要考虑其他手指的影响,根据其约束关系,控制相应的肌肉收缩,实现多指协同运动。实验表明,所建立的控制机制能较好地仿真单指及多指间的各种运动,在多线谱的控制下,能够方便快捷地仿真多种手势及手语,且运动效果逼真,手部运动自然灵活。     

基于双重模型的计算机手语动作的实现方法

首先给出了一个新的方法来建立手的模型.这个手的模型由两个模型组成:一个是实现运动的骨骼模型,其决定了运动姿态及运动约束;另一个是表现运动的皮肤(表面)模型,用来表现真实感.其次,根据该模型实现手语的动作,利用该方法实现手语动作的关键技术,包括手及手臂旋转变换的变换矩阵、有向拓扑结构描述骨骼模型、表现运动的皮肤模型的拓扑不变性、以及骨骼模型实现运动和皮肤模型表现运动的方法.该方法具有一定的通用性,为网络环境下实现异语种的手语表达与传输打下了基础.     

基于H-Anim的三维手部动画的研究与实现

研究了一种基于H-Anim标准实现的三维手部动画的方法,首先对H-Anim中人体手部层次结构进行研究和分析,对各关节点和骨骼段所要包含的数据进行了定义,并给出了手部各结点位置的计算方法,利用VRML实现了手部动画.最后针对连续手部动画显示过程中出现的手指间碰撞相互穿过的失真现象,提出了一种先进行碰撞检测,然后逐个移出碰撞区域的释放算法.实验结果表明,该算法有效地解决了该问题,实现了较为真实的手部运动过程.     

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。     

基于LeapMotion的个体化手部建模与实时交互

虚拟人手的实时建模是以人机交互为核心的VR/AR系统中的重要技术难点，传统的基于LeapMotion的手部跟踪视觉反馈仅展示骨架动画信息，缺少应用演示的真实感。由此，提出了一个快速高效的个体化手部建模与实时交互系统，重点阐述了该系统的的工作原理以及算法。以含有骨架信息的静止手模型为模板，使用LeapMotion跟踪用户手的骨架数据作为输入，提出了基于骨骼尺寸的手部模型自动个体化建模算法。提供了一种基于不完整骨骼运动数据的线性蒙皮技术的改进算法，可快速计算不同手部姿势下骨架之间的变换矩阵，动态更新虚拟手的姿势。实验结果表明，此系统在实验的硬件平台上运行速度可以达到60 f/s，误差稳定在4 mm以内，能为人机交互任务实时提供真实可靠的视觉反馈。     

四足机器人前小腿系弹性牵拉驱动机构设计

为实现四足机器人腿机构轻量、柔性以及高刚度的设计,从生物学出发,研究了狗在高速运动中肌肉牵拉对其前腿骨骼刚度的影响.应用ADAMS动力学仿真软件模拟了狗单条腿在对角步态下的运动与受力环境,研究并比较了骨骼受肌肉牵拉和无肌肉牵拉两种状态.仿真结果证明,肌肉牵拉对骨骼刚度有大幅度的增强作用,能够使骨骼支撑动物实现稳定的运动而不被破坏.进一步提出并验证了采用弹簧弹性力牵拉能够达到与肌肉牵拉力相同的效果,并将此结论应用于四足机器人前小腿弹性牵拉驱动机构设计中,将关节弹性力耦合作用与机构两端形成牵拉作用,并研究了弹性力作用点变化与弹簧刚度以及机构最大应力值之间的约束关系.结果表明,这种设计在保证关节弹性力输出控制特性不受影响的情况下能够有效提高腿机构的刚度.     

面向机务虚拟维修训练的虚拟手操作设计

机务维修训练强调手部操作要素,针对虚拟维修过程中手部操作较简单且控制复杂的问题,提出一种基于基本维修作业分类的虚拟手操作仿真方法。基于层次化分解思想构建出新的分解策略,将机务维修任务分解为任务层、子任务层和基本维修作业层,并设计规则实现基本维修作业到虚拟手操作的映射,通过在3ds MAX中构建虚拟手仿真模型,利用骨骼动画技术实现虚拟手的控制,减轻虚拟手关节运动的控制负担,在自主开发的机务训练装备上进行虚拟手操作实验,以飞机电子舱门操作为例,验证方法的可行性和实用性。