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。     

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.     

面向虚拟人的语义环境模型研究

提出了一个语义环境模型,模型可分为3个层次:几何层、语义层和应用层。以虚拟环境三维几何模型和环境语义信息表为基础,结合虚拟角色自身的特征信息,生成完全面向该虚拟角色的环境语义信息。并将相关虚拟物体语义信息映射到环境模型上,把环境语义信息作为虚拟人路径规划的重要因素引入改进的规划算法,进而针对不同的障碍物和虚拟人进行路径规划。实验结果表明,语义环境模型为虚拟人提供了环境交互信息,提高了虚拟人的仿真度。     

基于OPENGL的人体姿态数据仿真

依据人体的关节连接体层次结构,将各肢体抽象为简单的刚性几何实体,构建了人体骨骼模型,通过定义人体坐标和肢体局部坐标及其相互间的变换,描述了人体骨骼模型中各关节之间的相对位置和姿态的变化.详细论述了应用D-H方法分析人体上肢运动模型的方法,最后利用VC++构建了基于OpenGL技术的虚拟人体运动程序.该应用程序可以在虚拟环境中载入、驱动并显示一个三维虚拟人.它能够灵活的利用采集得到人体运动数据驱动虚拟人,可以应用于医学仿真、智能人机交互等领域.     

基于流演算的智能虚拟人模型研究与实现*

在研究流演算理论及其实现语言FLUX的基础上,将流演算与虚拟现实技术中的虚拟人相结合,提出了一个基于目标驱动的、有自主行动能力的虚拟人模型。设计了动作检测模块,同时使用了动作队列,根据动作检测的结果来决定是否执行下一个动作,使虚拟人可以针对动态变化的虚拟环境进行有效的行动规划。利用此模型可以快速构建出一个在不完全可知的虚拟环境中通过感知到的有限信息进行实时的、自主行动推理的智能虚拟人。最后,实现了办公室场景中智能虚拟人行动推理系统。     

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．     

虚拟人情绪模型研究的现状和问题

情绪体验能够有效地提高虚拟现实系统用户的兴趣,虚拟人的情绪设计正成为构建虚拟环境的一项核心技术,目前的虚拟人情绪模型仍然处于初级阶段.综述了情绪模型的研究,讨论了情绪模型尚未解决的问题.根据情绪模型相关研究和认知科学的成果,提出了建立虚拟人情绪模型的一种新思,其目标是提高虚拟人情绪设计的效率,虚拟人的情绪状态通过情绪模型来控制,虚拟人可以具有感知、动机、情绪、个性,并可在虚拟环境中表现出恰当的自主情绪.情绪设计软件可以融合软计算理论和人机交互技术,为建立人性化的图形界面提供一种高效工具.     

意外受扰虚拟人行为动画关键技术研究

以突发事件下意外受扰的虚拟人为研究对象,结合心理学、生物力学、机器人学、人类行为学等相关领域对人体受扰时反应行为研究的最新进展,提出了一种虚拟人运动中受扰的平衡保持与恢复的动画合成技术,该技术能快速检测虚拟人在运动中的平衡状态,并在虚拟人有摔倒倾向时驱动虚拟人采取自主的保护动作以减少倒地对身体造成的伤害;实验结果表明,在意外情况下虚拟人对不同的外界作用力做出了较为真实的反应。     

虚拟人情绪行为动画模型

近年来 ,虚拟人行为动画已经成为计算机动画一个新的分枝 ,已往的研究多集中在虚拟人局部的情绪表达动画方面 ,如脸部动画 ,而对于给定的虚拟场景 ,则尚未考虑情绪产生的原因 .情绪是虚拟人和虚拟环境交互作用的结果 ,然而在计算机动画领域 ,虚拟人的情绪至今尚未得到清楚的描述 .为此 ,依据心理学的理论 ,提出了虚拟人情绪行为的动画模型 ,即 ,首先提出了情绪集合和情绪表达集合的概念 ,并建立了从情绪状态到情绪表达之间的映射 ;其次 ,着重分析了情绪产生的原因 ,并引入了情绪源的概念 ,如果一种情绪刺激的强度大于情绪的抵抗强度 ,那么这种情绪就会产生 ;此外 ,情绪状态可以采用有限状态机来描述 ,据此提出了情绪的变化流程 ;最后 ,在微机上通过调用 Microsoft Direct3D API,实现了虚拟人的情绪行为动画     

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     

Virtual human animation in natural language visualisation

Simulation motion of Virtual Reality (VR) objects and humans has experienced important developments in the last decade. However, realistic virtual human animation generation remains a major challenge, even if applications are numerous, from VR games to medical training. This paper proposes different methods for animating virtual humans, including blending simultaneous animations of various temporal relations with multiple animation channels, minimal visemes for lip synchronisation, and space sites of virtual human and 3D object models for object grasping and manipulation. We present our work in our natural language visualisation (animation) system, CONFUCIUS, and describe how the proposed approaches are employed in CONFUCIUS’ animation engine.     

利用虚拟农业的虚拟现实研究

虚拟农业是农业科学和虚拟现实技术相结合的产物,它将彻底开辟农业研究方法的新途径,是一个新的研究方向.虽然其过程相当复杂,但是它将改变传统的科研、规划、教学方式,并且带来巨大的经济效益,其发展前景十分可观.本文通过对虚拟现实技术的分析,给出了基于虚拟现实技术的虚拟农业的基本概念和一般结构,深入探讨了虚拟现实与虚拟农业的联系和区别,并对虚拟农业的应用进行展望.     

Virtual machine tools and virtual machining—A technological review

Virtual manufacturing systems provide a useful means for products to be manufactured ‘right the first time’ without the need of physical testing on the shop floor. Earlier research was mostly on developing a virtual manufacturing environment. Over the years, simple graphical prediction and simulation gave way to complex multi-science predictions. Virtual systems such as Virtual Machine Tool, Virtual Machining, Virtual Assembly, Virtual Tooling and Virtual Prototype have been developed to support virtual manufacturing. Different systems and approaches have different targeted applications. This paper aims to provide a comprehensive review of existing virtual systems. Their focuses and approaches (i.e. virtual reality, Web-based techniques, mathematical modelling, hardware interactions and STEP-NC-based methodologies) are discussed in detail. To better understand the systems, we have categorized them into different groups according to their application domains. Discussions and concluding remarks are given based on the review.     

Virtual humans: thirty years of research, what next?

In this paper, we present research results and future challenges in creating realistic and believable Virtual Humans. To realize these modeling goals, real-time realistic representation is essential, but we also need interactive and perceptive Virtual Humans to populate the Virtual Worlds. Three levels of modeling should be considered to create these believable Virtual Humans: 1) realistic appearance modeling, 2) realistic, smooth and flexible motion modeling, and 3) realistic high-level behaviors modeling. At first, the issues of creating virtual humans with better skeleton and realistic deformable bodies are illustrated. To give a level of believable behavior, challenges are laid on generating on the fly flexible motion and complex behaviours of Virtual Humans inside their environments using a realistic perception of the environment. Interactivity and group behaviours are also important parameters to create believable Virtual Humans which have challenges in creating believable relationship between real and virtual humans based on emotion and personality, and simulating realistic and believable behaviors of groups and crowds. Finally, issues in generating realistic virtual clothed and haired people are presented.     

基于OpenGVS的虚拟仪表实现

虚拟现实技术作为一门新兴的、具有广阔应用前景的计算机技术，正以飞快的速度发展。虚拟仪表是模拟飞行器或汽车的虚拟场景中必不可少的元素，为虚拟场景提供了良好的人机交互界面。该文首先简单介绍了OpenGVS及其特点，OpenGVS生成的典型场景中应该包含的资源，分析了虚拟仪表和OpenGVS中物体资源的特点，在此基础上提出了一种基于OpenGVS生成虚拟仪表的技巧及方法。这种方法简单实用，具有较好的灵活性和通用性。     

虚拟网络教学

虚拟网络教学系统是一种基于多媒体网络技术和虚拟技术的教学方式,本文重点介绍虚拟教室和虚拟办公室的组成、功能以及用VRML（虚拟现实建模语言）的实现,最后说明该系统实现的功能以及具有的特点。     

基于物理模型的虚拟装配技术研究

虚拟装配是虚拟现实技术在产品设计领域的一个重要应用 .为了从运动学与动力学的角度来考察虚拟装配过程中零件的运动 ,以便更真实地反映虚拟环境中零件装配运动的本质规律 ,提出了一种虚拟装配环境中用于将装配几何约束自动映射为运动副约束的基于运动自由度分析的物理约束生成方法 ,同时 ,提出了基于变刚度弹簧模型的装配力交互输入方法 ,并实现了位移输入与装配力输入的映射 .另外 ,还给出了基于物理模型的虚拟装配的基本过程 .该方法在虚拟设计与装配原型系统的研究与开发中已得到实现 .     

虚拟会议空间的研究与实现

支持协同工作的虚拟环境是当前虚拟现实技术研究的热点,虚拟会议空间能提供无缝的会场环境、眼神接触、凝视感知等普通多媒体会议系统不具备的虚拟协同工作环境。介绍了已成功鉴定的虚拟空间会议系统VST中虚拟会议空间的构造模型与实现方法。     

VDVAS：一个集成的虚拟设计与虚拟装配系统

随着虚拟现实技术的逐渐成熟，研究者们已将其引入到工程领域，为实现虚拟设计与虚拟装配过程的集成，避免现有的虚拟装配系统中，虚拟环境与CAD系统间所必需进行的复杂的、无谓的数据传输，描述了一个基于多通道的、集成的虚拟设计与虚拟装配系统VDVAS。在该系统中，设计得可以通过直接三维操作和语音命令直观方便地建立机械零件及其装配模型，并通过交互拆装来得到零件的装配顺序和装配路径等信息，VDVAS的一个重要特征在于，可通过集成虚拟设计与虚拟装配过程，使设计者能在一个集成的虚拟环境中修改零件几何（假如在装配过程中发现零件存在设计缺陷的话）。     

虚拟演播室系统的设计与实现

本文以虚拟现实系统组成要素为基础,分析了设计虚拟场景的方法,并结合应用实例提出了一种基于VRML的虚拟演播室系统的实现方案。