四元数理论及在虚拟现实技术中的应用

虚拟现实仿真技术被广泛应用在机器人研究、医学研究、动画制作等众多领域中。提出了基于虚拟人运动信息的插值方法。算法能够自动对人体运动的平移信息,和旋转信息进行自动插值,从而能够更好地实现虚拟人动画。     

自主虚拟人真实感行为与运动建模的研究

提出一个构建具有高度自主性虚拟人的集成框架,在实时虚拟环境中创建具有类人的真实感行为特征与运动能力的虚拟人.在集成框架中,感知系统使虚拟人能够获取虚拟环境中视听觉信息,对虚拟环境进行自主探索;基于决策网络的行为决策系统模拟真实人类决策的复杂性与不确定性,根据所感知的周围虚拟环境信息,做出合理的行为决策;层次式运动控制系统实现虚拟人在虚拟环境中路径规划与Steering控制,实时合成出真实感的虚拟人运动动画.实验结果表明,该集成框架能够在实时虚拟环境中有效地构建出具有高度自主性、环境感知能力以及智能行为决策与运动控制功能的真实感虚拟人.     

电脑动画中3D虚拟人自主运动的研究

电脑动画中复杂环境下3D虚拟人自主运动的研究,是计算机图像处理技术发展过程中急待突破的一个环节。主要原因是传统处理的方式过于复杂耗时。针对上述问题,应用计划分离器建立虚拟人的运动模型,使虚拟人在高低不平的环境中实现正步走、侧走、跑步及跳跃等程序性动画。实验结果表明:提出的方法简单、快捷。     

基于四元数插值的虚拟人运动平滑过渡研究

在虚拟环境中,虚拟人的运动平滑对三维场景的真实度有关键作用．提出一种基于关键帧及四元数插值的三次Catmull—Rom样条算法,实现了虚拟人的平滑行走、跑走及运动过渡．实验结果显示,该方法与传统方法相比,计算量小且算法简单易实现．     

虚拟人平衡保持与恢复的行为动画合成方法研究

以突发事件下意外受扰的虚拟人为研究对象,着重研究其平衡保持与摔倒的行为控制机制及演化过程的动画仿真,探索现有工作尚未涉及的科学难点和有关问题的解决方法.具体包括:视觉、听觉受突发刺激扰动时,虚拟人主动避险中的平衡保持行为的动画合成技术;复杂、动态环境下,虚拟人受突发性外力作用而失衡后的反应式平衡恢复行为的动画合成技术;虚拟人平衡恢复失败后所采取的保护性摔倒行为的动画合成技术.     

基于改进JPS算法的电影群体动画全局路径规划

目前,电影场景中的群体动画路径一般是静态设置的,以镜头拍摄效果为主,因而存在路径不连续、动画制作效率低等问题.提出一种新的电影群体动画全局路径规划算法,在跳点搜索(jump-point search, JPS)算法的基础上引入Bezier曲线和群体密度信息进行路径编辑和优化.首先,采用JPS算法自动生成群体运动路径,得到可编辑的路径节点作为Bezier曲线的控制点,并利用Bezier曲线对路径进行调整,解决路径中存在的折线、偏转角度大、不平滑等问题.然后,在JPS算法规划好的路径节点上设置群体密度信息,并根据密度信息调整智能体的速度以及运动方向,解决群体运动堵塞和个体碰撞问题.实验结果证实了该算法的可行性,在保证镜头效果的情况下,能够逼真地模拟大规模群体运动,大大提高了群体动画运动路径的制作效率,适用于各种复杂电影场景.     

基于优化CANDIDE模型的人脸动画

使用CANDIDE模型,实现模型与照片人脸的快速自动匹配.在模型与人脸初步匹配后,对模型局部进行网格优化,提高了模型的表征力同时并不影响匹配速度.用基于薄板样条插值方法（TPS）的网格形变取代传统的移动网格结点的动画方法,有效提高了动画的真实感.实验结果显示,自动模型匹配让动画角色的更换工作变得快速易行,优化的网格形变产生的动画更加生动、自然.     

基于船舶人机工程的虚拟人操作驱动建模仿真技术

针对船舶设计过程中复杂的人机工程学问题,提出了在虚拟环境中通过满足精度要求的虚拟人实时驱动模型仿真的新方法.采用动态约束方法,基于旋转信息建立虚拟人实时驱动模型,将运动跟踪系统捕获的真人运动参数映射到实时驱动模型而实现对不同百分位人体模型的操作;建立驱动误差模型,分析运动跟踪系统误差对实时驱动模型驱动精度的影响;基于上述方法开发了船舶虚拟人实时驱动模块,并集成到船舶产品设计的虚拟评估系统中;以某型船舶机舱设施布局的人机工程学评估为例进行应用验证.结果表明,所提出的虚拟人操作驱动模型具有较好的有效性.
     

智能虚拟人Agent行为建模与运动控制

针对虚拟环境中人的行为分析,研究了井下智能虚拟人Agent的行为建模和运动控制技术.基于人工智能/人工生命方法,构建了集成感知、运动、行为、认知、内部属性等组件的井下智能虚拟人Agent的体系结构;研究了基于简化包容结构的智能虚拟人Agent行为控制模型及其行为选择机制,并基于A*算法,实现了智能虚拟人Agent的路径规划;初步构建了井下虚拟人Agent行为仿真系统,实现了虚拟人Agent的复杂行为控制,为进一步构建具有行为真实感的井下虚拟环境提供技术参考.     

虚拟人手臂无碰撞运动规划

针对基于虚拟人进行维修可达性分析中的手臂的无碰撞运动规划问题,在建立虚拟人手臂模型的基础上,采用双向RRTs(快速搜索随机树)算法对9自由度虚拟人手臂进行运动规划,并对算法中的抽样、距离定义和差值函数分别做了阐述.规划过程还考虑了手臂关节角度的生理限制,结合碰撞检测得到虚拟人手臂无碰撞运动路径.通过在Jack软件平台上开发的实验环境验证了所用方法的有效性,且此方法可以扩展应用于更多自由度虚拟人的运动规划.