用于实时变形的解剖学人体肌肉建模

多层次人体建模方法利用解剖学原理构造虚拟人，将人体模型分为骨骼层、肌肉层和皮肤层等层次，其中人体肌肉层是影响人体表面状态与变形的重要结构。本文提出了一种基于解剖学的人体肌肉层建模和变形的方法，建模方法考虑了解剖学方面的准确性并适合实时变形模拟。肌肉模型的变形采用轴变形技术与横截面变形相结合的变形方法实现。同时介绍了我们的建模工具，建模人员使用建模工具可方便地构造和编辑人体各部位复杂的肌肉体。模型可以根据建模人员不同的需要，在逼真程度和变形速度上取得满意的折中。实验表明，这是一种有效的建模方法，应用到我们的人体建模系统中取得了良好的效果。此方法也可应用于其它软组织的建模中。     

人体力学行为的计算机仿真的发展及其展望

人体运动仿真是由生物力学,计算机图形学,机器人学等学科交叉而形成新兴的研究方向,在许多领域都有着重大的理论和实用价值,本文将总结人体运动的建模与仿真方法,提出一种基于力信息传递的建模方法,并进一步讨论了其未来发展的趋势。     

人体运动的形象化建模与仿真

人体运动的仿真在分布虚拟战场环境仿真，灾难救援训练，交互式防暴演习等领域有重要的应用。人体是由200多个关节组成的复杂形体，本文采用层次化，关节化的建模方式对人体进行建模，从实用角度，通过运动学方法得到各关节旋转角，根据研究对象的特点，采用基于多摄象机跟踪固定在人体上的标记点的光学测量方法，在此基础上实现人体空间测量数据到关节运动角度的转换，驱动三维高逼真度人体仿真模型，并应用于战场环境士兵仿真以及救援操作作业人员的仿真应用，取得良好的仿真效果。     

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.     

数字化仿真人体模型的设计方法

提出了一种基于数字化的人体模型设计方案，包括人体骨架的结构分解和按几何比例的参数化设计，基于人体运动特征的人体各个关节的自由度参数化设计，基于人体运动特征的人体动作分解成各种姿势组合的姿势系列化设计，最后讨论了人体表面设计的局部造型和过渡拼接方法。     

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.     

人体目标雷达回波建模

人体行走的微动研究始于90年代末,而后发展迅速,雷达对人体的探测有着其他传感器不具备的优势,现阶段主要集中在对于实测数据的分析上,而缺乏系统的理论和模型分析。首先针对人体目标雷达回波信号的作用机理,对现有的人体运动学模型进行了改进,在人体微运动结构方面主要考虑了人摆腿和摆臂的前后向运动。同时将人体结构简化为简单几何形状的均匀刚体,将人体四肢简化为均匀散射的线模型,在理论上给出了人体目标微运动产生的雷达回波模型,最后进行仿真,证明了本模型的正确性和有效性。     

基于Petri网的虚拟人行走动作建模及其仿真实现

提出了一种基于位置／变迁Petri网结构的虚拟人行走动作模型。该模型首先根据人体特征和运动特征计算行走的时间和空间特征参数，进而根据实验数据，通过插值计算生成具体的人体运动，仿真模型框架是基于Petri网实现的，并以面向对象的方法封装了包括行走和爬行等周期性的行走动作。最后，设计并实现了一个仿真演示实例，结果验证了所提方法的可行性与有效性。     

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。     

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。     

虚拟人追逐行为的一种决策模型

行为仿真是虚拟现实领域中的一个重要课题,追逐是动物和人类最常见的行为,建立追逐行为模型是一个有趣的话题。分析了一种包含追逐者和逃跑者的追逐行为,引入人的生理参数和情绪参数,建立了情绪、体力和速度之间的计算公式。根据非合作动态博弈原理建立了行为决策模型,我们在计算上进行了仿真实验,结果表明,我们的模型能较好模拟生命体追逐行为的一些生理特征和心理特性。     

任务型CGF组织本体建模

针对作战模拟对人类行为表示的准确性要求,建立真实反映战场行为的组织模型是非常重要的。根据需求分析和已有研究的不足,提出了基于本体论的组织建模方法,阐述了该组织本体的构建原则,并从组织静态结构和动态行为两个方面定义了相关概念及概念间的关系。在此基础上采用一阶谓词逻辑描述了该组织本体的形式化过程。实验结果表明,该方法能够准确地建立起用于实体的组织模型,使得实体行为可以反映实际战场行为,且能够保证组织本体的通用性。     

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。     

基于运动生物力学的三维人体运动模型

针对三维虚拟仿真中人体模型标准定义不统一的问题,从运动生物力学的角度出发,提出了层次化建立人体运动模型的方法。首先将人体运动中的关节进行了分类,然后描述了一种通用的人体模型并定义了其数据结构。对手、足、脊柱等具有特殊运动特性的器官进行了单独分析和定义。这一人体模型表示方法在具有生物力学特性的人体运动表示中有较好的通用性。     

Wang-Mendel模糊模型控制规则的提取及应用

针对如何利用系统的模糊模型设计模糊控制器,提出以系统的模糊规则库为基础,提取模糊规则中的信息获得控制规则的方法。以钢铁工业中连续退火炉的加热炉为对象进行了仿真,首先提取描述对象输入-输出映射关系的模糊规则组成完备规则库,并以此为基础提取控制规则补偿输出偏差。仿真结果表明能够达到期望的效果。     

人眼晶状体建模与仿真研究综述

组织器官的建模仿真是生物医学工程研究的热点,人眼作为人体最重要的感觉器官之一,对其组成部分的建模与仿真研究具有重要的意义,而晶状体仿真模型的建立是“国人虚拟眼”研究的重要组成部分。论述了国内外人眼晶状体建模仿真研究现状,讨论了建模研究中几何建模与物理建模两大关键技术的研究方法及其发展趋势,为进一步开展晶状体的建模仿真研究打下基础。     

数字人体在载人航天器方案设计模型仿真中的应用研究

将基于人体测量参数的数字人体模型应用于载人航天器设计方案的仿真评价对发现设计缺陷,提高整个系统的安全可靠性具有重要意义。本文在追踪相关文献的基础上,首先针对人体建模方法及其应用方向进行分析,详细论述国内外在此领域的发展概况和须着力解决的关键技术问题。最后,提出几点看法以供讨论。