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。     

虚拟人技术发展现状及其在工程中的应用

针对在虚拟人二次开发过程中,存在虚拟人软件品种少、动作控制不方便、动作不逼真等问题,首次揭露了DI-GUY虚拟人的底层控制技术,提出了基于运动编辑技术的DI-GUY动作库扩展方法,使DI-GUY虚拟人具备完成用户自定义动作的能力.详细介绍了骨骼动画的基本原理,探讨利用骨髂动画技术弥补DI-GUY软件缺陷,经实践证明上述方法简单实用,能够满足工程要求.     

虚拟人运动生成与控制技术综述

虚拟人在游戏娱乐、教育培训及虚拟试验等领域都有着巨大的应用需求。由于人体运动系统的冗余性、主动性和底层运动机理的复杂性,虚拟人的特定运动生成与控制技术成为当前虚拟现实和计算机动画应用领域的热点与难点问题。在参阅大量相关文献的基础上,对各种虚拟人运动生成与控制方法进行了分类总结,可为深入研究虚拟人的运动控制提供有益参考。首先对虚拟人运动生成与控制技术的应用发展情况进行了分类概要介绍;然后从内部机理和外部行为两个侧面简要介绍了人体运动系统的建模仿真方法;随后对虚拟人运动生成与控制技术的常用方法进行了分类介绍,并进行了对比分析;最后,分析了该领域的难点技术,对其相关的最新研究进展进行了详细的分析介绍,并对其研究前景进行了展望。     

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.     

面向网络定制设计的虚拟人仿真

为实现适合网络定制设计的虚拟人仿真，提出基于H-anim的虚拟人仿真方法。根据H-anim定义的关节骨架模型，实现了人体的参数化几何建模和关节动画仿真，结合行为模板、规则推理和实例推理构造了人体行为仿真系统。最后介绍了虚拟人仿真在网络家居定制设计中的具体应用。     

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.     

个性化关节运动参数有效性判别策略研究

在人体运动捕捉过程中,根据采集的数据进行计算得到的虚拟人关节运动参数的正确性一 直是人们研究的热点问题.在分析了刚体关系判别等等目前一般采用的运动参数有效性判别方法的基础上,提出了一种新的有效性判别策略"具有个性化关联性的运动参数有效性判别策略".通过关节灵活度训练来生成并保存各关节的受限空间,将有效性问题转化为空间判定问题,然后通过空间划分降低了算法复杂度,最后对该策略进行了例证.     

基于关键状态的虚拟人组合任务分层规划方法

运动规划是虚拟人运动合成中的热点和难点.虚拟人通过推理决策,选定最优运动序列完成给定目标.然而现有的运动规划方法由于维数爆炸问题难以规划具有多个子任务的组合任务.为此提出一种基于关键状态的虚拟人组合任务分层规划方法.该方法分为两层:上层的层次增强学习模型在状态空间中稀疏采样并搜索某些局部任务的成功路径,将被访问频次最大的状态作为关键状态从而将组合任务分解为若干子任务;底层的增强学习模型将运动片段抽象为行为,将环境信息抽象为状态,采用试错搜索策略分而治之地规划子任务.合成运动时虚拟人只需遵循各子任务的控制策略,依次选择运动片段并顺序拼接即可.实验结果表明该算法能够生成逼真的虚拟人运动以完成组合任务,并且大大减少规划所需的计算时间和存储空间.     

虚拟人行为仿真智能化探讨

在虚拟人－机－环境系统研究中，为了评估人与环境的匹配性和协调性，不仅需要虚拟人具有某些静态属性和一般意义上的肢体运动属性，还需要虚拟人逼真地模拟人类执行各种任务的过程。通常，进行序列运动后目的物的操作由手或脚完成。本文在分析虚拟人运动结构及控制的基础上，研究了虚拟人行走、坐立、弯腰、转体等行为动作的实现方法，提出了虚拟人操作行为连续、复合运动仿真的逻辑步骤，并给出了相应举例。     

"中国力学虚拟人"骨骼系统仿真平台研究

在中国可视人冷冻切片图像序列数据集的基础上,首先通过三次有理B样条曲线拟合获得人体头部、颈椎、胸腔、脊柱、上肢、下肢、手部和足部的骨组织曲线曲面模型;然后定义了中国力学虚拟人的整体坐标系统;最后采用opencascade三维建模算法编程实现了中国力学虚拟人骨骼系统的整体重建,开发了中国力学虚拟人骨骼系统仿真平台软件.该平台可以为航空航天、车辆工程、船舶工业、虚拟手术、医学教学、军事训练、人体生物力学研究、虚拟现实等提供精确的人体计算模型.     

基于物理模型的特定人脸模型与表情动画模型

人脸造型与人脸表情动画的研究是计算机图形学领域中的一项热门课题，其模型的建立是构建人脸表情虚拟系统的一个重要基础，该系统可广泛地应用于虚拟环境、可视电话、远程教育等系统中。本文根据人脸生理结构的特点，先将人脸表面分成若干块、进而运用弹性形变原理，分析了脸部各块的形变规律，提出了一种将一般人脸模型变换为特定人脸模型的变形模型，而后又以眼睛为例，分析了“眨眼睛”的物理运动规律，为其建立了表情动画模型。在此基础上我们开发了一个实际的人脸造型与表情动画系统，运用该系统生成的特定人脸及表情动画自然、真实，结果令人满意。     

洗消分队战术技术仿真训练系统研究

简介了系统的基本架构,分析了研究过程中使用的主要关键技术:基于XML的三维场景生成与行动规划、基于目标对象表面分解的碰撞检测、基于骨骼动画的虚拟人动作控制、基于层次分析法的训练评估。洗消分队战术技术仿真训练系统集战术训练和技术训练于一体。实际应用表明,除降低训练成本、提高训练效率外,该系统还可以根据训练目的灵活集成与扩展。采用的关键技术可以作为解决仿真领域中场景自动生成与行动规划、精确碰撞检测、虚拟人行为控制、训练评估等问题时的有益参考。     

基于虚拟现实技术的居家火灾逃生系统的研究

火灾逃生教育具有重要的现实意义,但在现实生活中,面向公众的火灾逃生演练通常花费很大。虚拟现实技术也能模拟火灾场景,可以增强逃生教育的效果,同时能大大降低训练的费用。建立了面向火灾逃生训练的虚拟现实原型系统,我们编制了集粒子动画和声音于一体的游戏风格图形界面,用户可以控制替身在虚拟火灾场景中逃生,替身的运动采用骨骼动画实现,我们使用面部表情图片来描述替身的情绪状态。初步的实验结果表明,该演示系统能够使火灾逃生演练变得更形象。     

虚拟人情绪向量和表情向量的合成

虚拟人的面部情绪表达是一个令许多学者感兴趣的研究领域,以往的研究多偏重在人脸数据的获取和面部局部运动的生成方面,尚没有情绪合成的一般性数学模型。首先,提出了情绪向量空间的概念,人的情绪状态可以转化成情绪向量空间中的一个情绪向量,情绪向量可以通过基本情绪向量来计算。其次,建立了表情向量空间的概念,人的表情可以转化成表情向量空间中的一个表情向量,表情向量可以通过基本表情向量来计算。再次,建立从情绪向量空间到表情向量空间之间的映射,表情动画是通过情绪状态和情绪映射来实现的。最后,在微机上进行了初步的实验,利用6个基本情绪状态来计算情绪合成。     

基于模糊推理的人工鱼嗅觉感知研究

“人工鱼”利用人工生命方法实现计算机动画。为了丰富人工鱼的感知能力，提高对自然鱼的逼真动画效果，文章在分析“自然鱼”嗅觉机制、参考“机器鱼”感知系统的基础上，研究并实现了人工鱼的虚拟嗅觉感知．首先在人工鱼体系结构基础上建立了人工鱼嗅觉感知模型，并仿照生物嗅觉形成机理设计了三层嗅觉识别模型，采用基于主成分分析的模糊推理方法实现了嗅觉感知．经动画仿真，得到满意结果。嗅觉感知的研究和实现为人工鱼多感知融合系统提供了基础，也可为机器鱼嗅觉研究提供软件仿真平台。     

基于Unity3D的水平定向钻机虚拟实训系统设计

针对传统水平定向钻机实训中存在的设备紧缺、资源损耗严重、人员安全隐患等问题,提出了一种基于Unity3D的水平定向钻机虚拟实训系统设计方案,并搭建了实验平台。该方案包括Solidworks, 3dsMax模型构建,Unity3D软件虚拟动画及场景开发,罗德里格旋转矩阵三维轨迹算法推导,数据采集（DAQ）,系统软硬件通信等技术内容。实验结果表明：该方案可行,系统具有良好的可操作性与真切的沉浸感,比传统实训更加方便、廉价、安全,并提高了水平定向钻机的培训效率。     

虚拟人的行为规划模型研究

基于智能主体理论,提出了虚拟人的结构体系。虚拟人的结构体系包括感觉模块、知觉模块、规划模块、行为模块、行动模块、数据库模块、知识库模块、情绪模块、内部变量模块、运动控制模块。这些模块集成为一个整体。本文着重介绍规划模块和行为模块的功能。虚拟人的行为用产生式规则来描述,每条产生式规则具有不同的优先度,可以在不同的行为之间建立合成运算,采用抑制增益系数和疲劳系数来表现行为的时序特征。最后,在微机上实现了一个基于本文模型的虚拟人行为动画系统。     

基于MPEG-4的三维人脸动画实现方法

三维人脸动画技术可以应用于虚拟现实、虚拟主持人、虚拟会议、辅助教学、医疗研究、电影制作、游戏娱乐等很多领域。本文介绍了基于MPEG-4标准的人脸动画的工作原理,改进了MPEG-4中已知FAP(人脸动画参数)值和FaceDefTables(人脸动画定义表),计算FAP控制区内点的坐标的算法。最后提出了一种构造人脸动画定义表的方法。该方法的操作结合了自动计算和手工调整,最后实现了以FAP作为参数驱动的三维人脸动画。