三维虚拟人皮肤变形与塌陷部位的调整

针对线性混合蒙皮算法在虚拟人皮肤变形过程中容易产生皮肤塌陷的问题,在用该算法实现人体皮肤变形的基础上提出一种构造二次贝塞尔曲线的方法对塌陷部位进行调整。该方法首先根据模型自身的特点将模型分成不同的截面;其次,在塌陷部位的截面边缘上选取包括两端点在内的三个皮肤顶点来构造二次贝塞尔曲线,以两端点作为该曲线的两个控点,再反求出第三个控点,通过移动第三个控点到达预设点坐标位置以形成新的曲线;最后,在新的贝塞尔曲线上选取与初始塌陷部位截面相同数量的皮肤顶点作为构造皮肤模型的新数据点。实验结果表明,该方法在解决关节部位皮肤塌陷问题方面有显著的效果。     

一种实时虚拟人反应式动画生成算法

使用运动捕获数据驱动与动力学模拟相结合的控制方法,可以产生既真实又能对外界施加的作用力作出反应的人体运动.为减少以前方法中反应式运动数据搜索的时间开销并去除动画师需要的手工调节工作,采用并行计算,并引入人工神经网络的方法,根据虚拟人主要关节的位姿对反应运动类型进行预测,得到需搜索的反应运动子类型库.另外,对搜索匹配的算法进行改善以提高搜索效率.实验结果表明:系统中的虚拟人的运动能在两种控制方式之间灵活切换,并能实时响应外界的交互作用.     

基于骨骼蒙皮动画的虚拟人手势合成技术的研究

虚拟人手势合成技术在聋哑人的很多领域都有广泛应用。本文研究了虚拟人运动控制的方法以及骨骼蒙皮动画的原理。利用3dsmax、poser等建模软件对虚拟人模型进行创建,在XNA游戏引擎中,实现了对虚拟人手势等的控制。该种运动控制方式不受动作片段的影响,可以广泛应用于虚拟人运动控制中。     

基于深度图像序列的虚拟人蒙皮动画算法

虚拟人的蒙皮动画是虚拟人建模领域中的一个重要问题,在影视制作、动画设计、虚拟现实等应用中有着重大的价值。对于虚拟人蒙皮动画的研究,核心问题是蒙皮参数的计算,而蒙皮计算的准确与否决定了动画效果的逼真与否。常用的方法是根据骨骼与皮肤的距离进行直接计算,但是该方法对于姿态具有很大的依赖性,且没有定量的衡量标准,准确度难以保证。本文提出一种基于深度图像序列进行蒙皮参数优化计算的方法,该方法根据不同姿态下深度图像序列,设计关于蒙皮参数和姿态参数的优化函数,将不同姿态下的变形结果进行综合考虑,通过交替优化蒙皮参数和姿态参数,直到目标函数收敛,输出蒙皮参数。实验结果表明,与其他方法相比,本文方法在视觉上有更好的动画效果,在误差对比上,本文方法误差更小。     

具有避障能力的虚拟人姿态优化算法

为了解决复杂环境下的虚拟人运动控制问题,提出一种基于人工势场的具有避障能力的虚拟人姿态优化算法.首先在虚拟环境中根据目标和障碍物建立人工势场,并对虚拟人运动链末端进行无碰撞路径规划;其次将规划后末端每个中间位姿的逆运动学计算问题表示为带位姿和无碰撞约束的舒适度函数优化问题,并进行求解;最后得到虚拟人运动过程中一系列连续的无碰撞姿态,实现自行避障的虚拟人运动控制.通过实例测试验证了文中算法的有效性,该算法可应用于复杂环境下的虚拟人动画和人机工程仿真.     

一种可编辑的三维人体蒙皮网格动画合成方法*

为了使虚拟人情感表达更加逼真,提出了一种可编辑的三维人体动画合成方法。首先建立了三维网格和人体骨架之间的蒙皮关系,构造了关节运动角度的参数模型;然后,对三维人体骨架进行操作,利用线性混合蒙皮算法,驱动虚拟人体的运动。在Visual C++平台上实现了在特定情感状态下的肢体动画,验证了该方法的有效性。     

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。     

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。     

基于双相机捕获面部表情及人体姿态生成三维虚拟人动画

为了生成表情丰富、动作流畅的三维虚拟人动画,提出了一种基于双相机同步捕获面部表情及人体姿态生成三维虚拟人动画的方法.首先,采用传输控制协议(TCP)网络时间戳方法实现双相机时间同步,采用张正友标定法实现双相机空间同步.然后,利用双相机分别采集面部表情和人体姿态.采集面部表情时,提取图像的2D特征点,利用这些2D特征点回...     

基于语义虚拟环境的虚拟人动画研究与实现*

现有虚拟环境建模（如VRML/X3D）主要集中在几何图形的描述,所显示的虚拟场景对于人是可理解的,但对于计算机是不可理解的,因而难以作有意义的自动处理。基于语义Web设计了一个语义虚拟环境（主要包括语义虚拟场景和语义虚拟人）,并设计了基于语义虚拟环境的虚拟人动画引擎。语义虚拟环境使得计算机能够理解和自动处理虚拟环境的语义信息,并且使得虚拟环境系统具有可重用性、可扩展性和可集成性。最后,在语义虚拟环境和虚拟人动画引擎的基础上开发了一个办公室场景中智能虚拟人行动推理的系统,取得了很好的效果。     

基于Kinect的人体姿态估计优化和动画生成

为了生成更准确流畅的虚拟人动画,采用Kinect设备捕获三维人体姿态数据的同时,使用单目人体三维姿态估计算法对Kinect的彩色信息进行骨骼点数据推理,从而实时优化人体姿态估计效果,并驱动虚拟人物模型生成动画。首先,提出了一种时空优化的骨骼点数据处理方法,以提高单目估计人体三维姿态的稳定性;其次,提出了一种Kinect和遮挡鲁棒姿势图（ORPM）算法融合的人体姿态估计方法来解决Kinect的遮挡问题;最后,研制了基于四元数向量插值和逆向运动学约束的虚拟人动画系统,其能够进行运动仿真和实时动画生成。与仅利用Kinect捕获人体运动来生成动画的方法相比,所提方法的人体姿态估计数据鲁棒性更强,具备一定的防遮挡能力,而与基于ORPM算法的动画生成方法相比,所提方法生成的动画在帧率上提高了两倍,效果更真实流畅。     

Recent advances on virtual human synthesis

Virtual human is a digital representation of the geometric and behavioral property of human beings in the virtual environment generated by computer. The research goal of virtual human synthesis is to generate realistic human bodymodels and natural human motion behavior. This paper introduces the development of the related researches on these two topics, and some progresses on example based human modeling and motion synthesis, and their applications in Chinese sign language teaching, computeraided sports training and public safety problem studying. Finally, some hot research topics in virtual human synthesis are presented. Supported partially by the National High-Tech Research & Development Program of China (Grant Nos. 2006AA01Z336, 2007AA01Z320), and the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 60533070)     

The skin deformation of a 3D virtual human

This paper presents a skin deformation algorithm for creating 3D characters or virtual human models. The algorithm can be applied to rigid deformation, joint dependent localized deformation, skeleton driven deformation, cross contour deformation, and free-form deformation (FFD). These deformations are computed and demonstrated with examples and the algorithm is applied to overcome the difficulties in mechanically simulating the motion of the human body by club-shape models. The techniques described in this article enables the reconstruction of dynamic human models that can be used in defining and representing the geometrical and kinematical characteristics of human motion.     

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。     

一种虚拟人导航运动的路径规划算法

提出了一种虚拟人在复杂的3D障碍环境中根据导航目标快速进行最优路径规划的算法,该算法以使用栅格法表示虚拟环境为基础。首先,将虚拟环境中虚拟人高度范围内所有障碍物的几何形状映射到一个离散的2D位图,并对障碍物进行“膨胀”;然后,使用提出的算法规划出一条从初始位置到目标位置的最优路径,引导虚拟人在虚拟环境中进行导航运动。该方法可以在较少的内存代价和计算代价的情况下,快速规划出从虚拟人目前位置到目标位置的最优路径,算法的可行性和有效性经过实验验证。     

基于虚拟人的模拟操作训练研究

为了模拟虚拟战场环境中人的行为,结合某型武器虚拟阵地操作环境中引入DI-Guy虚拟人的开发实践,首先讨论了DI-Guy虚拟人的开发环境,然后分析了DI-Guy虚拟人的生成方法（ADF文件生成法以及API编程实现方法）,并且论述了DI-Guy虚拟人实时运动中的若干问题,最后结合军事仿真训练开发的实际情况,对DI-Guy虚拟人的视景开发提出了一些必要的结论与设想。     

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.