虛擬人建模及跑步運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)的研究.pdf

1、隨著計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、虛擬現(xiàn)實(shí)、分布式計(jì)算、分布式仿真和網(wǎng)格三維游戲等相關(guān)學(xué)科的發(fā)展，對(duì)建模方法也提出了更高的要求：不僅要求模型在圖形上高度逼真、具有實(shí)時(shí)響應(yīng)能力，而且也要求模型具有物理屬性和行為能力。本文研究目的就是：不僅使人體模型具有靜態(tài)屬性，而且具有自主行為能力。虛擬人具有自主行為能力，即虛擬人的動(dòng)作是由計(jì)算機(jī)根據(jù)人體解剖學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)和運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)的規(guī)律自動(dòng)產(chǎn)生的。 研究人體的運(yùn)動(dòng)，首先要建立人體的幾何模型。由于本文的核心在于研

2、究運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)，而運(yùn)動(dòng)主要由底層的骨骼驅(qū)動(dòng)，這里只從骨架層對(duì)虛擬人進(jìn)行建模。為了建模的需要，將人體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化成骨骼和關(guān)節(jié)的連接體，骨骼和關(guān)節(jié)連接成樹(shù)形結(jié)構(gòu)。骨骼的父親和兒子是關(guān)節(jié)，骨骼可以有零個(gè)或多個(gè)子關(guān)節(jié)；關(guān)節(jié)的父親和兒子是骨骼，關(guān)節(jié)只能有一個(gè)父骨骼和子骨骼。骨骼在運(yùn)動(dòng)中不發(fā)生形變，因此將骨骼看做剛體，這樣人體就成為多剛體系統(tǒng)。根據(jù)關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)自度，將關(guān)節(jié)分為3種類型：一個(gè)自由度的關(guān)節(jié)(one DOF)，兩個(gè)自由度的關(guān)節(jié)(two DOF)和

3、三個(gè)自由度的關(guān)節(jié)(tlaree DOF)。 常見(jiàn)的人體運(yùn)動(dòng)有行走、跑步、踏步等。本文主要研究跑步運(yùn)動(dòng)。人體跑步運(yùn)動(dòng)是一個(gè)周期性的運(yùn)動(dòng)。跑步周期分為支撐期和騰空期。根據(jù)運(yùn)動(dòng)疊加的思想，將跑步周期細(xì)化為6個(gè)運(yùn)動(dòng)階段。然后分別對(duì)6個(gè)階段進(jìn)行建模，生成跑步運(yùn)動(dòng)的關(guān)鍵動(dòng)作。在關(guān)鍵運(yùn)動(dòng)的求解過(guò)程中，使用CCD(Cyclic-CoordinateDescent)算法來(lái)解決逆運(yùn)動(dòng)學(xué)問(wèn)題。最后對(duì)關(guān)鍵動(dòng)作插值，生成中間動(dòng)作，使動(dòng)作看起來(lái)更連貫。整個(gè)