直升机座椅舒适性研究的仿真分析

针对当前直升机座椅舒适性的研究,还缺少生物力学仿真分析的问题.首先采用AnyBody模型系统构建了“座椅-人-操纵装置”人机交互模型,然后利用逆向动力学对人体五个主要受力部位的最大平均肌肉活动水平和腰椎L4-L5之间的压力进行了仿真分析,结果表明,座椅靠背倾角、座椅前后调整距离、座垫摩擦系数和腰靠等相关座椅参数对人体舒适性具有不同程度的影响.最后,建立了人体舒适性与相关肌肉活动水平的函数关系,为直升机座椅的舒适性研究提供了一种量化方法.     

服装CAD中三维人体模型的参数化研究

针对三角网格曲面表示的3D人体模型缺少语义信息，提出一种3D人体模型的参数化方法：首先通过三角面片求交的采样策略得到采样点，然后使用B样条曲线构造人体轮廓线，最后由用户交互得到3D人体模型的参数化信息，建立3D人体模型的参数化模板．这样，在参数化人体模型模板的基础上，可以根据用户所输入的特定人体参数信息，动态地调整轮廓线和重建人体模型体表曲面，快速生成逼真的3D人体模型，从而满足服装CAD中根据用户身材尺寸大小定制服装的应用需求．     

基于ADAMS的人体膝关节运动力学研究

在对人体结构进行研究的基础上,分析膝关节的运动学和动力学特性.应用人体生物力学软件LifeMOD创建人体模型,创新性地对膝关节施以轴套力约束,并在ADAMS中进行动力学仿真分析,得到人体膝关节的作用力和作用力矩曲线,验证膝关节轴套力模型的准确性和实用性,为双足步行机器人、人工假肢和康复训练机器人的研究提供理论基础.     

基于单台Kinect的高精度个性化人体建模方法

提出一种基于单台Kinect的高精度三 维人体建模方法。首先使用一台Kinect对人体头部进行扫描,以获取高精度的头部点云数据 ;其次,在保持头部精确度的基础上对所获取的点云数据进行采样预处理;最后利用层次化 的紧支撑径向基函数(CS-RBFs)将采样后的点云与已有的人体躯干进行拟合获得3D人体模型 。仿真结果表明,该方法能够提高人体模型的精确度并提高建模速度。     

基于物理引擎PhysX的3D试衣系统的设计与实现

为了实现3D试衣功能及解决虚拟试衣建模算法时间复杂度比较大的问题,该文结合虚拟现实等技术,首先用弹簧-质点模型对服装布料进行建模,然后以牛顿第二定律为理论基础分析以质点-弹簧模型建模的服装布料的受力情况,结合以GPU为基础的物理引擎PhysX,建立3D试衣间,仿真服装布料与人体模型的运动交互状况。最后加入人体模型调整、选衣、试衣等功能。该系统在Windows平台下,利用VisualStudio2008设计开发,结合虚拟现实等技术的综合应用,建立了一套包括选衣、试衣、人体参数调整等功能的3D试衣系统。     

基于Unity3D的计算机虚拟试衣测量系统设计与实现

在Unity3D引擎环境下,针对虚拟试衣系统中由建模法生成的人体模型难以实现大量个性化定制的问题,提出了一种使用BlendShape算法调整人体各局部特征尺寸,并通过人体特征轮廓曲线约束调整过程的解决方案。该方案由一个基础人体模型向一组极限模型进行过渡变形得到大量个性化人体。为了实现动态试衣,研究了服装基于弹簧-质点模型的布料仿真与碰撞处理过程,由Verlet积分求解的特殊性,通过一组球形碰撞器实现了不同体型的人体模型试穿相同的服装,其结果相较于静态着装避免了穿透现象并提升了真实感。     

基于深度扫描仪的高辨识度三维人体模型重建方法

3D 照相打印馆人像的打印质量取决于3D 扫描获得的三维人体模型的辨识度。然 而,由于现有3D 人体扫描仪价格昂贵、操作复杂等原因,使得3D 人像打印成本高、耗时长和 打印精度较低。针对这些缺点提出一种基于深度扫描仪重建高辨识度三维人体模型方法。利用 多组深度扫描仪分工协作、优势互补,分别获取高辨识度的人体面部五官点云数据,上半身与 全身表面轮廓点云数据。然后,通过引入特征点和改进的最近点迭代法将采集到的三组点云数 据进行对齐、替换、拼接,将拼接后的无拓扑关系的点云数据进行曲面重构即可获得高辨识度 的三维人体模型。该方法的扫描时间较短,以较低的成本构建了具有高辨识度的三维人像模型。     

东方智能化仿真人体模型参数的分析计算

对研制的东方智能化仿真人体体模内脏器官依据已建好的数学模型在Solidworks中建模,并依此对其主要内脏器官的惯性参数运用SolidWorks中的质量特性进行了计算和分析,该方法将先进的CAD技术与生物力学分析相结合,所得的结果为仿真人体模型的进一步研制提供了动力学分析的基础。     

三维全身扫描仪的建模仿真

随着计算机全面进入3D时代，三维全身扫描系统对社会的价值越来越显著，获取人体表面的三维几何信息，是建立3D人体模型的先决条件。该文提出了一种基于结构光方法的三维全身扫描仪的系统仿真方案，使用3D Studio MAX软件仿真得到虚拟扫描头运动形成的带激光条纹的图像序列，最后用仿真数据进行三维重建。关键步骤包括用自适应阈值法提取激光带中心，深度图像的获取，以及多扫描头数据的融合等。实验取得了满意的效果，获得了人体的完整轮廓线，验证了系统仿真方案的合理性与高效性。     

3D服装CAD关键技术研究综述

随着3D设计技术的发展,3D GCAD也成为热点,但3D GCAD仍存在诸多难点。3D服装CAD系统是建立在3D人体模型上的尺寸信息提取、服装设计、虚拟试衣、动画模拟及基于互联网的定制、销售和展示等技术的集成。根据对其特征以及技术实现的总结,分析得出3D人体测量技术、3D服装人体建模技术、虚拟服装展示和3D服装展成2D衣片是3D服装CAD关键技术研究的热点,通过比较每种技术总结了3D服装CAD技术的发展趋势。     

基于有界双调和权的人体局部网格变形方法

为了提高三维人体模型运动过程中的局部变形质量,提出了一种有界双调和权重 与双四元数混合蒙皮相结合的人体局部网格变形方法。首先将三维人体局部模型进行四面体化; 然后设置模型的骨骼控制单元;接下来通过拉普拉斯能量和最小化,并结合权重设置的边界约 束条件,计算各骨骼控制单元对人体局部模型内各顶点运动形变的有界双调和权;最后将三维 人体局部模型的各网格端点与骨骼控制单元混合绑定,并将各骨骼控制单元的运动参数转换为 双四元数,在双四元数运算空间结合有界双调和权,计算基于骨骼控制单元驱动的三维局部模 型的运动形变,从而完成运动状态下双四元数与有界双调和权相结合的混合蒙皮。实验表明, 该方法能使三维人体局部模型在运动时有较为平滑、自然的变形效果。     

Analysis of musculoskeletal systems in the AnyBody Modeling System

This paper reviews the simulation software the AnyBody Modeling System, which was originally developed by the authors. AnyBody is capable of analyzing the musculoskeletal system of humans or other creatures as rigid-body systems. The paper introduces the main features of the system; in particular, the inverse dynamic analysis that resolves the fundamental indeterminacy of the muscle configuration. In addition to the musculoskeletal system, a model can comprise external objects, loads, and motion specifications, thereby providing a complete set of the boundary conditions for a given task. The paper also describes the basic ideas of structured model development in AnyBody.     

Design optimization with respect to ergonomic properties

This paper introduces the idea of engineering design optimization with respect to ergonomic properties. The optimization is based on a detailed inverse dynamic analysis of the motion and forces of the human body. The problem of muscle recruitment calculation in inverse dynamics is introduced and solved via a min/max optimality criterion. The implementation of this criterion in the body modelling system AnyBody is described, and the use of the system is demonstrated on the sample problem of designing a hand saw. We conclude that the methodology is applicable but dependent on anthropometrically accurate body models.     

Human walking animation based on foot reaction force in the three‐dimensional virtual world

This paper introduces a method that can generate continuous human walking motion automatically on an arbitrary path in a three‐dimensional (3D) modelled scene. The method is based on a physical approach that solves the boundary value problem. In the motion generation stage, natural‐looking walking motion, which includes plane walking, walking upstairs and downstairs and walking on a curved path, is created by applying dynamics and kinematics. The human body is approximated as a simple rigid skeleton model, and dynamic motion is created based on the ground reaction force of the human foot. To adapt to the 3D environment, the 3D walking path is divided into steps which are tagged with the parameters needed for motion generation, and step‐by‐step motion is connected end‐to‐end. Additional features include fast calculation and a reduced need for user control. The proposed method can produce interesting human motion and can create realistic computer animation scenes. Copyright © 2000 John Wiley & Sons, Ltd.     

关节轴角先验对3维人体重建结果的影响

目的 3维人体重建的目标在于建立真实可靠的3维人体模型。但目前基于SMPL（skinned multi-person linear model）模型重建3维人体的实验和一些公开数据集中，常常会出现预测的姿势角度值不符合真实人体关节角度规则的现象。针对这一问题，本文提出设置关节旋转角值域，使得重建的结果真实性更强、更符合人体关节机械结构。方法 根据人体关节的联接结构将各个关节的运动进行划分。根据划分结果计算关节运动自由度，并结合实际情况提出基于SMPL模型的关节旋转值域。提出一个简单的重建方法来验证值域分析的正确性。结果 使用3维人体数据集UP-3D进行相关实验，并对比以往直接根据学习结果生成重建模型的数据。在使用轴角作为损失参数的情况下，重建精度提高显著，平均误差降低15.1%。在使用所有损失函数后，平均误差比直接根据预测值生成重建模型的两段式重建方法降低7.0%。重建结果与UP-3D数据集进行真实性对比有显著的关节联动性效果。结论 本文提出的关节旋转角值域设置对基于SMPL模型进行3维人体重建的方法在进行关节点旋转角回归的过程中起到了很大作用，重建的模型也更符合人体关节运动联动性。     

基于ADAMS的弧焊机器人运动仿真

机器人三维运动仿真是当前机器人研究领域中重要的研究方向之一。采用CAD软件Pro/E和机械系统动力学仿真软件ADAMS,对德国CLOOS公司生产的76AW型弧焊机器人建立了三维运动仿真模型。采用Denavit-Hartenberg方法建立了连杆坐标系下的机器人运动学模型,并采用Matlab编写了运动学正、逆解的程序。详细阐述了模型的建立方法及具体过程,实现了在ADAMS环境下的机器人焊缝路径的运动仿真。为机器人动力学及离线编程技术的研究提供了基础。     

体育训练三维人体运动模拟与视频分析系统

在运动训练中引入数字图形图像技术,研制面向体育训练的三维人体运动仿真与视频分析系统,为我国体育健儿备战2008年奥运会提供强大的科技保证．首先介绍了研制系统的背景与意义,然后从视频分析与三维运动模拟两个方面概述了系统所具有的关键功能,最后较为详细地阐述了为实现这些功能所需要解决的关键问题及解决方法,包括视频运动人体提取与跟踪、三维人体运动模拟与仿真等．     

不同材质服装的实时动态仿真

提出参数化的人体建模方法。将人体分为10 个部分,并且定义了一系列特征参数 用来控制人体的拓扑结构。文献[1]中提出的Zhang 样条曲线被用于构造每个部分的人体表面。 在完整人体模型的基础上,实现实时的着装模拟。在传统弹簧质点模型的基础上提出大弯曲弹 簧以实现褶皱效果。另外,通过合理的参数设置以及多重校正机制实现不同材质的效果,包括 丝质、棉质和弹性布料。实验结果证明该系统可以建立较为真实的人体模型,并且能实时地进 行较为复杂的试穿仿真。     

Small steps for mankind: Towards a kinematically driven dynamic simulation of curved path walking

A simple approach for the simulation of bipedal locomotion is presented. It is based on a kinematically driven rigid body dynamics simulation. As inputs, our system uses a 14-DOF simplified human body model, and the instantaneous walking direction and the gait length. From these parameters, the trajectories of the left and right feet are computed over time, using a purely kinematical recipe. Optionally, trajectories of other body parts (head, shoulders, hips, hands, knees, etc.) may be derived from a simple kinematic body model. Using these additional trajectories provides for increased control over the motion, adding extra kinematic constraints to the dynamical system. The trajectories, together with optional force fields (gravity etc.), serve to drive the motion of the articulated human body model. This means that for those points in the body that have not been specified kinematically, a rigid body dynamics calculation is used to describe their motion over time. An implementation of these ideas turns out to allow a frame update rate of about 20 Hz on a personal IRIS^TM workstation, which is sufficiently fast for real-time interaction.     

Motion estimation of elastic articulated objects from points and contours with volume invariable constraint

This paper presents a model of elastic articulated objects based on revolving conic surface and a method of model-based motion estimation. The model includes 3D object skeleton and deformable surfaces that can represent the deformation of human body surfaces. In each limb, surface deformation is represented by adjusting one or two deformation parameters. Then, the 3D deformation parameters are determined by corresponding 2D image points and contours with volume invariable constraint from a sequence of stereo images. The 3D motion parameters are estimated based on the 3D model. The algorithm presented in this paper includes model-based parameter estimation of motion and parameter determination of deformable surfaces.