关节化虚拟人手臂动作的建模及其仿真实现

关节化虚拟人在执行维修作业过程中，不可避免的需要用手臂去操控各种操作对象，为此提出了一种基于Petri网的关节化虚拟人手臂动作模型。模型首先利用逆向运动学方法计算出在目标位姿下的关节链上各关节的角度，进而利用关节插值方法，以仿真循环迭代的方式实现对手臂关节链上各个关节的运动控制。仿真和实验结果验证了所提方法的可行性与实用性。     

双臂空间机器人的通用运动学路径规划算法

提出了一种基于通用运动学模型的双臂空间机器人在自由浮游状态下捕捉目标并避免碰撞障碍物的路径规划算法。过去的双臂空间机器人路径规划问题主要研究双臂的避碰问题 ,而忽略了机器人本体的避碰问题。实际上 ,当机械臂运动时 ,机器人本体也在相对运动 ,这个相对运动随机械臂质量与本体质量之比的增大而增大。利用通用运动学模型计算出双臂空间机器人的各点 (包括本体 )的速度 ,并在路径规划过程中根据机器人本体的速度计算出本体平动的距离 ,克服这个平动来避免与障碍物碰撞。最后 ,通过路径规划算法的计算机仿真结果证明了所提出路径规划算法的可行性     

基于逆运动学的虚拟人行走

研究了虚拟人的行走模型和基于逆运动学的运动控制方法。首先对虚拟人的行走模型进行了分析,然后对运动学和逆运动学中的核心问题雅可比矩阵的构建及其伪逆矩阵的求解进行了探讨,最后结合关键帧技术实现了虚拟人行走运动控制的仿真系统。     

基于力反馈的虚拟示教式机械手臂装配路径规划方法

根据力反馈设备PHANToM(R)和6自由度机械手臂结构的相似性,构建了一个基于PHANToM关节驱动的6自由度虚拟机械手臂模型,为了使该虚拟机械手臂模型具有力反馈的功能,提出了一种基于机器人运动学分析的空间匹配方法.基于该虚拟机械手臂模型,提出了基于力反馈引导的虚拟示教式机械手臂装配路径规划方法,该方法通过人工势场法计算反馈力,操作者可以通过操作力反馈设备PHANToM来控制虚拟机械手臂的运动,在反馈力的引导下结合操作者的经验和决策能力以虚拟示教的方式完成装配路径的粗略规划,使用基于距离准则的单端搜索法和人机交互方式对粗略路径和装配零件的姿态进行优化,最后通过动画的形式模拟机械手臂的装配过程,以供用户对该路径进行评价.     

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.     

基于关键视频帧跟踪数据的三维虚拟人动画

根据VRML中H-anim标准对虚拟人进行几何建模.在虚拟人文件导入过程中,利用有限状态机(FSM)对文件进行解释,为便于虚拟人的显示及控制,以树型数据结构表示虚拟人几何数据,完成了一个用于三维虚拟人动画的开发包VHASDK.建立了人体运动中世界坐标系及各关节点的局部坐标系,利用逆运动学计算出关键帧中人体各关节点相对于初始状态下的位移向量及旋转轴角,在虚拟人的动画过程中对关节点旋转采用四元教球形线性插值法进行平滑处理.最后完成了一个原型系统,采用多个虚拟人及多种人体运动方式进行了系统验证.     

基于人工势场法的虚拟人足迹规划

给出了一种基于人工势场法的虚拟人足迹规划方法。提出了一种足迹计算方法,通过计算势场力决定虚拟人的前进方向,计算得到虚拟人的足迹;设计了一种足迹分解方法,计算得到虚拟人大角度转弯时的足迹。运用该算法在固定及移动障碍物环境以及多人环境下进行仿真,模拟虚拟人前进方向随时发生变化的避障行走,计算虚拟人从初始点到目标点的足迹,也对大角度转弯情况进行了仿真。仿真结果证明了算法的可行性。     

一种基于心理学的智能虚拟人动机模型

虚拟人是现代计算机游戏的重要组成部分,智能虚拟人的研究是人工生命和计算机动画交叉融合的新领域.智能虚拟人能够在一定的虚拟环境下自行做出适当的决策.可信的虚拟人不仅要有行为和情绪,而且也要有丰富的动机.运用模糊数学的方法和心理学理论,提出了情绪和动机的形式化描述,建立了动机的一种可计算模型,该模型集成了刺激、知觉、个性、动机和情绪.一种基本情绪的激发不仅和外部刺激有关,而且也与动机和个性相关,情绪状态是基本情绪状态的合成.     

一种用于维修仿真的虚拟人行走规划方法

提出了一种基于自由空间法和环境离散化表示的虚拟人行走规划方法。该方法首先将虚拟环境离散化成为环境图;然后,用启发式A搜索算法获取从初始位置到目标位置的最优路径,引导虚拟人对环境进行漫游;最后,设计实现了一个典型工作环境下的仿真演示实例,仿真和试验结果表明了所提算法的可行性与实用性。     

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。     

虚拟装配与虚拟原型机的理论与技术分析

讨论了虚拟原型机和虚拟装配的技术基础、内涵和关系，并结合国内外发展状况对虚拟装配与虚拟原型机领域的技术问题和难点进行了综合阐述和分析。     

协同虚拟样机技术研究

虚拟样机技术是一种新型的基于集成化产品和过程开发策略的新的产品设计，开和评估手段。本文首先介绍了虚拟样机和协同虚拟样机的基本概念，接着对武器装备虚拟采办过程中不同阶段的虚拟样机的功能特性进行分析，在此基础上提出了支持武器装备虚拟采办过程的协同虚拟样机环境体系结构，最后对虚拟样机技术的发展前景进行了展望。     

虚拟场景展示系统研究

基于软件平台MultiGen Creator和Vega，开发出了集漫游、设计与一体的虚拟场景展示系统。文中分析了该系统实现的整体结构及开发过程，论述了仿真模型的获得、纹理的处理、模型的转换和简化等技术的实现，以及Vega中有关自由度控制、碰撞检测、输入控制、文字声音提示信息、地图提示功能、物体的拾取等编程设计。结果表明，开发的虚拟场景展示系统，可广泛用于建筑布局规划、房地产效果展示等领域，具有良好的市场前景。     

基于虚拟人的虚拟样机造型设计

本文主要研究了人机工程学在产品设计中的作用,设计了一个基于虚拟人模型的虚拟样机设计方案,构建了相应的系统框架,并进行了初步实现,这对于虚拟产品开发技术的发展起到了一定的作用。     

虚拟装配关键技术及其发展

虚拟装配技术是虚拟制造技术的关键部分,它主要实现两个层次的映射,即底层用产品虚拟模型映射了产品物理模型,顶层的虚拟装配仿真过程映射了真实的物理装配过程。虚拟装配关键技术主要包括:碰撞检测、零部件建模以及数据交换与集成、装配规划、基于约束的运动导航与精确定位、线缆管路等可变形体零件装配技术、知识的提取与应用和装配评估与验证等。文中对这些关键技术的研究现状进行了综述,并根据研究现状分析了虚拟装配技术中存在的问题以及发展趋势。     

分布式协同虚拟环境的体系结构研究

结合当前的技术发展和面临的实际需求，分析了分布式协同虚拟环境的概念，发展现状和应用前景，详细讨论了它的功能特点，体系结构，性能要求以及关键技术，最后介绍了一个支持先进分布仿真技术和虚拟样机技术的分布式协同虚拟环境原型系统－－AST＿DCVE。     

虚拟维修仿真技术的研究与进展

近年来虚拟维修仿真技术广泛应用于维修性设计、保障性规划及人员培训三大应用领域并取得了巨大的经济和社会效益,成为了当前研究热点。对此分析归纳了该领域内众多国内外虚拟维修仿真案例。针对仿真对象的扩展及新技术的应用,提出了虚拟维修仿真技术的明确定义;总结出了虚拟维修仿真技术的实现流程,深入探讨了该技术研究所涉及的一系列关键技术问题;比较分析了仿真过程中所需的软件实现平台;最后对其未来的研究方向进行了展望。     

虚拟维修样机系统及建模技术

讨论了建立虚拟样机用于虚拟维修仿真的几个关键技术。给出了虚拟维修样机的定义，分析了它的组成，给出了与产品CAD系统相关联的系统结构。为了满足仿真实时性要求，提出了面向维修任务的虚拟维修样机建模方法，进行样机的几何建模和人机交互建模，并在．Jack软件环境下开发了CAD数据处理与交互行为定义的功能模块，以一个变速齿轮箱为例，进行了验证。     

虚拟环境中的虚拟观察者模型

分析了虚拟环境的特点和信息表示的方法，针对虚拟环境仿真中选取观察信息时存在的问题，提出了能有效辅助参与者获取虚拟环境中多维信息的虚拟观察者模型，讨论了模型的实现方式，并介绍了该模型在虚拟战场中的应用。     

虚拟作战战场环境的研究与实现

介绍了构建以解放战争某著名战役为背景的虚拟战场环境的关键技术，包括虚拟战场环境的结构组成、仿真模型、仿真管理和想定生成、场景管理、虚拟士兵的行为表示、实时战场环境声音仿真、人机交互方式等。在此基础上，介绍了已研制完成的基于多PC机联网具有沉浸与交互特征的多用户同时参与的含虚拟士兵的虚拟作战演示与观众参与系统。