基于旋转角度的角色运动建模与控制

要创建深度沉浸的跑步竞赛虚拟环境,则必须建立逼真的虚拟人行为模型.根据跑步时人体四肢和躯干都在绕关节做重复旋转运动的特点,提出一种基于旋转角度的运动行为模型,用于计算人体运动时不同部位的位置,进而求解跑步运动行为.基于该模型开发了一个跑步仿真程序用来仿真虚拟人的跑步动作与姿态.根据该模型构建了数字娱乐划船器,通过三维模型数据的转化、运动者参数的实时采集、虚拟人运动参数的计算,实现了角色的控制.该建模与控制方法可用于网络健身游戏、虚拟人体动画、虚拟机器人的建模与仿真.     

基于坐标下降和偏移映射的运动编辑与重定向

提出了一种基于坐标下降和偏移映射的人体运动编辑与重定向方法,使角色运动适用于虚拟场景。采用加入生理限制的循环坐标下降算法自动求解约束帧目标姿态,在约束帧附近通过构造运动偏移映射曲线的方法对运动进行自动平滑处理。实验结果表明,该方法较为完整的很好的保留了原始运动的特征,且重定向得到的运动较为平滑自然。     

基于旋转角度的跑步运动仿真

提出基于旋转角度的方法仿真跑步运动.跑步时人体四肢和躯干都在绕关节做重复旋转运动,基于旋转角度的跑步模型根据各关节的旋转角度计算人体运动时不同部位的位置,进而求解跑步运动行为.根据该模型提出一种跑步运动仿真方法/程序,该方法可以用于跑步运动仿真和提供建模所需的人体部位的位置数据,因而可缩短建模周期.用一个慢跑仿真案例示例了该方法的仿真过程.     

协同虚拟维修过程中的虚拟人体维修操作控制

针对操作人员难以在有限的光学运动捕捉设备捕捉范围内自由运动的问题,开展了协同虚拟维修过程中的虚拟人体维修操作控制研究。基于光学运动捕捉设备对操作人员的下肢动作进行捕捉,根据实时识别结果控制虚拟人体进行大范围运动。针对维修操作过程中的虚拟人体手部运动控制,分析了虚拟人体的手部交互过程,提出了一种基于动态贝叶斯网络的维修操作智能辅助方法。以某液压缸协同式虚拟维修操作仿真平台为例验证了方法的有效性。该方法实现了对虚拟人体维修操作过程的有效控制,具有实时性好、交互性与感知性强等优点。     

基于光学运动捕捉数据的虚拟人下肢运动控制方法

由于被动式光学运动捕捉设备只能捕捉人体关键关节的运动信息,介绍了一种简化的虚拟人体骨架结构模型;在此基础上根据光学运动捕捉数据的获取过程,分析了虚拟人体运动数据误差的来源。重点针对由于运动捕捉数据连续性不足造成的虚拟人下肢运动连续性差等问题,为加强对虚拟人运动过程的控制,提出一种对关键关节点运动数据平滑处理,再基于逆向运动学计算下肢运动链其它关节点运动信息的运动控制方法。通过实验和分动箱虚拟维修训练平台证明了该方法的有效性和实用性。     

三维地形中人体运动生成方法

给出了一种适应于三维地形的虚拟人体运动控制方法。首先提出了一种新的足迹生成方法，然后以足迹作为约束，基于简化的三段运动模型，分别用不同的方法生成各部分运动：用曲线拟合身体质心运动轨迹；采用增加约束条件的逆运动学方法生成下肢运动；采用正向运动学插值方法生成上肢运动。综合人体的质心运动、下肢运动和上肢运动，合成了和谐的人体运动。最后，介绍了部分实现与实验结果。实验表明，该方法实时性好，逼真性高，适用于实现复杂三维地形环境中实时三维人体运动的生成与控制。     

一种基于几何特征编码的运动搜索

提出了基于姿态的几何特征来描述人体躯干和四肢的关系,并通过特征编码函数,将复杂的运动数据转换成简单编码流,通过合并特征编码与索引树的思想,从而建立基于编码的数据库索引,实现了快速而有效的基于内容的运动搜索,并支持索引的线性扩展。在2×106帧的运动数据库上的实验验证,表明该搜索方法的实时性和有效性。     

仿人跑步机器人的控制与仿真

提出了仿人跑步机器人在跑步时关节力矩控制和前向速度控制的方案.对于机器人关节力矩的控制,通过推导机器人的三维动力学方程以及机器人质心和双脚的轨迹,采用阻抗控制的方法实现;对于机器人前向跑步速度的控制,通过在起跳阶段起始时刻调节"虚拟腿"与铅垂线的夹角实现,这种控制方法的优点是简单易行.最后采用虚拟样机软件ADAMS建立了仿人跑步机器人的三维模型,通过仿真证明了这种方法的有效性.     

基于VRML和目标航迹的视景仿真方法

基于VRML技术建立了虚拟目标和场景的可视化模型;采用三次样条插值方法对输入航迹进行了平滑和可飞性检验,并计算出了相应的姿态数据;利用虚拟现实工具箱提供的Matlab接口驱动虚拟目标进行六自由度运动,同时控制模拟CCD进行实时跟踪,完成了对飞行过程的视景仿真。实验表明,该方法不仅得到了实用的航迹和姿态数据,而且直观生动的描述了飞行过程,为相关理论研究奠定了良好的基础。     

一种视频运动仿真方法

为提高计算机虚拟角色的动作自然性与协调性,提出了一种将视频角色动作迁移到虚拟角色以提高运动仿真真实感的方法.该方法将视频角色动作转换为骨骼动作序列;通过动作时间和状态同步将动作迁移到2D虚拟角色上,使两角色动作时间同步且在同一时间动作相同;使用基于曲线式骨骼的图像变形方法平滑变形2D虚拟角色,并使用GPGPU技术加速变形计算.实验证明,该方法可使用虚拟角色仿真视频角色运动,解决虚拟角色的动作生硬等缺陷,适用于基于视频的动画制作和拓扑结构相近的模型之间动作迁移.     

基于路径变换的虚拟人行走捕获数据的重用

针对行走捕获数据的重用问题,本文提出了一种基于Petri网仿真框架的虚拟人行走动作模型.首先,根据人体生理特征和运动特征计算行走的时空参数;接着,以关节插值的方法从原始捕获数据中生成各帧的关节参数;进而,提出了一种基于路径变换的运动编辑方法,通过对人体基点运动轨迹的位置插值得到沿不同轨迹运动的动画.仿真实例验证了所提方法的可行性与有效性.     

基于运动感知的VR体验舒适度研究

针对观众在进行虚拟现实(virtual reality,VR)体验后出现眩晕、恶心等不适的问题，建立一种基于运动感知的VR体验舒适度评估方法。通过对立体VR视频进行稠密光流估计，分析场景中的水平运动和垂直运动计算视频帧速度矩阵，提出了基于帧差法和基于时域的帧加速度特征提取方法，将提取的速度、加速度等运动特征结合支持向量回归算法建立VR体验舒适度评估模型。实验结果表明，基于时域帧加速度特征的评估模型优于基于帧差法的模型，且性能较现有其它模型更接近主观评价值，均方根误差减小到7.0,Pearson相关系数提高到0.955 3。     

基于数据手套的虚拟操作技术研究

介绍了虚拟操作的概念和应用前景，以及实现虚拟操作的方法，并探讨了利用动力学分析的方法实现基于数据手套的虚拟操作时的关键技术问题，碰撞检疫算法，建立虚拟接触力模型，虚拟物体运动解算等。     

实时可控步长人体腿部连续走动运动生成方法

基于一个不具备精确步长控制的人体自由走动描述模型,提出一种根据单步步长求解对应直线走动运动的迭代算法,步长连续可变.对于相邻不同步长走动运动之间的平滑过渡问题,采用具有保边界特性的Bezier姿势加权进行解决,能够实时生成可控步长的人体腿部连续直线走动运动.在已知步长序列条件下,实时生成腿部连续直线走动运动;能够在已知直线走动距离条件下,实时规划走动步长与走动步数并完成走动运动的实时生成.通过一个连续跨沟直线走动的实时生成实例验证了提出方法的有效性.     

基于元胞自动机的云层实时模拟

云层的实时模拟是构造真实的虚拟自然环境的重要组成部分.然而,外观形状的不规则性和物理形成过程的复杂性增加了云层实时模拟的难度.在分析和研究现有云层建模和渲染方法的基础上,提出了一种基于元胞自动机的云层实时模拟方法,该方法的核心是采用元胞自动机理论对云层建模,使用风力函数对云进行控制;综合单散射和多重散射的方法构造云的光照模型;利用连续帧之间的相关性实现基于视点变换的云层实时渲染, 并利用Murakami的元球方法计算云的密度分布.实践证明该方法可以实时模拟具有较强真实感的云层.     

采用VR技术的集装箱吊装模拟器原型机的研究

介绍了集装箱吊装模拟器原型机的系统构成。根据拉格朗日运动方程建立了系统的运动模型,并在模型中增加了对集装箱吊减摇系统的仿真。仿真结果表明,所建立的运动模型可以模拟由于加速运动所产生的货物不规则摇摆及在减摇控制装置起作用时,货物摇摆角的收敛情况。尝试采用一种基于层次结构和均衡二叉树的面向对象实时三维碰撞检测技术,实现了虚拟场景的实时碰撞检测。视景系统采用半球形显示系统,满足系统对垂直视场角的要求,具有较强的沉浸效果。     

虚拟海洋环境中潜艇六自由度运动的视景仿真

利用虚拟现实技术对潜艇的六自由度模型进行视景仿真,可以实时的对潜艇运动模型的运动效果进行修正,对于潜艇航行训练模拟器的研究及虚拟海战场的实现具有重大的意义。对潜艇的运动模型进行了合理的简化,确立了设计模型,然后利用多边形建模软件Creator及视景驱动软件Vega建立虚拟海洋地理环境及潜艇的几何模型,并在API应用程序中对潜艇的六自由度运动进行实时控制。设计结果表明本仿真系统很好的模拟了潜艇的运动情况,在开展实艇的虚拟训练、应急操纵等方面有广阔的应用前景。     

基于Chirp Z变换的海面目标帧间非相参积累技术

为提升雷达对海面微弱目标的探测能力,提出基于Chirp Z变换的多圈扫描帧间非相参积累技术。首先,建立多圈扫描采用不同载频时的雷达回波信号模型。然后,提出基于Chirp Z变换的运动目标帧间多普勒校正和距离走动补偿方法,使得多圈扫描数据经过处理后,目标出现在相同的距离多普勒检测单元内,从而可以直接进行帧间的非相参积累,实现对微弱目标检测性能的提升。最后,结合仿真试验和实测数据,验证了所提方法的有效性。     

红外弱小目标检测跟踪与实现

针对红外序列图像中弱小目标的检测问题,提出了一种基于旋转均值滤波的弱小目标检测方法,同时利用数据关联进行多帧积累实现序列图像跟踪。基于Hunt Engineering的HEPC9、双DSPC6201和双FPGA搭建了一套实时红外图像处理系统,并将上述检测、跟踪算法成功移植于DSPC6201硬件处理器。实测数据的实时处理证明,上述方法可实时和有效地检测和跟踪低信噪比(≈2)复杂序列图像,系统处理能力为50帧/s,320*240/帧,14位/像素(双6XDSP)。     

考虑舒适度的人体运动仿真算法

在分析了人体自身的运动反馈控制机理的基础上,引入舒适度作为虚拟人体运动控制的性能指标函数,提出了一种基于舒适度优化的虚拟人体运动控制算法,该算法综合考虑了反向运动学、反向动力学以及人体工效学等因素,避免了单纯从动力学方面求解所带来的虚拟人体动画所隐含的力量冲突,提高了仿真结果的真实性和合理性。利用该算法对人体上肢的运动进行了研究,计算结果和实验结果吻合良好。