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。     

虚拟人运动控制技术的研究

在参阅和分析了大量有关文献的基础上，对现有的各种实现虚拟人运动控制的方法进行了总结，特别是对当前广泛使用的参数化关键帧技术、基于物理的仿真技术、运动捕获技术以及运动编辑技术等，从理论到具体的实现等各个方面都作了详尽的剖析，并对各种方法的优缺点进行了分析，可为深入研究虚拟人的运动控制提供有益的参考。     

基于几何特征的人体运动捕获数据分割方法

运动捕获在虚拟仿真中被广泛使用,为了实现捕获数据的自动分割,提出了一种基于几何特征的分割方法,将人体运动数据分割为具有特定语义的运动片断,以及连接语义片断的过渡片断。首先选择一组几何特征,然后通过PCA法构造出用于分割的综合特征函数和对应的评价函数;最后对特征函数进行归一化、低通滤波和幅度跳变检测,检测出所有的语义片断,从而实现对运动数据的分割。实验表明,该方法具有较好的分割效果,有助于提高运动捕获的效率。     

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。     

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。     

基于关节联动特征的运动捕获数据分割方法

运动捕获数据分割中,针对关节角度或关节点中心距离作为描述人体姿态的特征所存在的局限性,提出一种关节联动特征。该特征从人体运动学角度对人体关节之间的联动关系进行建模,将关节角度与关节点中心距离作为一组关节联动特征点转换到极坐标空间表示。通过计算任意时刻的人体姿态与初始时刻人体姿态的关节联动特征点的偏移量来描述人体姿态的变化。提取每一帧捕获数据的关节联动特征,并使用主成分分析方法对运动序列进行分割。对CMU人体运动捕获数据库的实验结果表明,使用该特征得到的运动捕获数据分割结果要优于使用关节角度或中心距离特征的分割结果。     

基于采样率变换与FFT的GPS系统C/A码捕获改进算法

针对全球定位系统民用粗码信号快速捕获算法速度慢、不易于硬件实现的不足,提出了基于采样率变换和FFT的GPS信号C/A码捕获算法。利用采样平均的方法把采样率为5Msps的输入信号降低为1.024Msps,然后利用FFT进行粗捕,得到粗略的伪码相位,最后对粗略的伪码相位周围的原始数据进行循环相关处理得到精确的伪码相位估计值,降低了对后续跟踪环的动态要求。仿真结果表明该算法运算量小可以快速实现C/A码的粗捕,得到高精度的捕获结果,同时该算法可以利用现有1024点的FFT处理核(IP),便于在硬件上实现。     

基于变迁可靠性的随机Petri网最优路径序列寻找

为了解决随机Petri网的路径寻优问题,在变迁中引进了可靠性的特性,并假设变迁的寿命服从威布尔分布模型,然后根据蚁群算法和时间Petri网的特点提出了一种网络元素可以记录少量信息的带可靠性的记忆时间随机Petri网。在网络运行时,大量托肯在网络中行走并且在行走过程中留下信息素,以此来调整托肯的路径选择。在满足一定可靠性的前提下,在延迟越短的路径上蚂蚁将留下越多的信息素,最终在延迟最短的路径上形成清晰的蚁路。因为变迁的可靠性随时间的增加而不断减小,当一段时间过后路径的可靠性不能满足要求时,需要重新选择一条满足可靠性要求且相对延迟最短的新路径。仿真结果表明,托肯可以有效地在最优路径上形成清晰的蚁路,并且能随着可靠性的不断变化寻找新的最优路径。     

基于蚁群算法的随机Petri网最优路径序列寻找

根据蚁群算法对SPN进行了一定的扩展,为SPN网络中的变迁增加了过滤和保留信息功能,为库所增加了过滤信息的功能,得出了一种带有记忆性的连续时间随机Petri网(MESPN).当MESPN运行时,利用充足量的托肯在网络中行走并且在行走过程中留下信息素来调整托肯路径的选择,使大量蚂蚁的行走路线不断逼近SPN网中时间延迟更短的变迁序列,最终在最短变迁序列上形成清晰的蚁路,从而在一定程度上解决了复杂SPN网的最优路径寻找问题.该算法充分考虑了每个变迁真正实施时间的概率特性,可以计算任意网型的变迁延迟时间概率分布.仿真结果表明,托肯可以有效地在最短延时路径上形成蚁路并且能够求得从初始库所到网络中任意库所的最短路径.     

基于FFT的高动态GPS信号捕获方法优化

针对高动态环境下的GPS接收机对信号捕获速度的要求,提出一种基于小波变换和优化快速傅里叶变换(fast Fourier transform, FFT)的信号捕获方法。在基带信号预处理阶段,对采样后的中频信号进行小波变换,利用逼近信号完成码相位和多普勒频移的估计,降低基带处理信号的数据率;综合基2FFT、基4FFT和素因子算法(prime factor algorithm, PFA)的优势,对捕获过程中的大量FFT运算进行优化处理,提高运算效率。仿真结果表明,改进处理的基于FFT捕获方法可以有效地缩短捕获时间,改善基带模块性能。     

基于虚拟样机技术的双足机器人运动仿真研究

应用三维建模软件SolidWorks建立了HIT-ROBOCEAN双足机器人的简化模型,导入虚拟样机仿真分析软件Adams中生成虚拟样机模型,并通过在科学计算软件Matlab中得到的机器人行走步态的关节运动轨迹对虚拟样机模型进行控制,通过联合仿真获得机器人行走步态的三维仿真动画,并利用该虚拟样机模型对机器人行走步态进行运动学及动力学分析。为双足机器人步态规划的研究提供了一种新的方法。     

基于模板匹配的人体运动捕捉数据处理方法

在光学式运动捕捉系统中,标记点往往会出现近似或对称的分布结构,这使得在对标记点进行识别时容易引起混淆。基于模板匹配的人体运动捕捉数据处理方法根据人体局部刚性结构把人体模板分割为多个子模板,使用空间仿射变换从运动捕捉数据中搜索与相应子模板误差最小的匹配点集作为最优匹配,并通过标记点跟踪实现对散乱数据的识别,解决了因标记点分布结构近似或对称而引起的混淆。对标记点缺失情况进行了重构。当出现错误匹配时系统能够自动检测并更正,整个过程无需人工干预。实验结果表明该方法能够正确识别标记点,标记点缺失情况重构效果比较理想,能够满足实时处理要求,证明了该方法的有效性。

Abstract：

In optical motion capture system,markers may be easily confused because of the approximate and symmetrical distributing structure.An approach based on template matching was proposed for the processing of human motion data.The human template was segmented to several rigid sub-templates by the local rigid structure.Matching point-set with least error was searched for each sub-template from the human motion capture data by affine transformation,and the scattered data was identified by point tracking.The ambiguity of identification was notability reduced.The missing data is reconstructed and when error matching is encountered the system is able to check and rectify them automatically.Manual intervention isn＇t necessary through the whole process.Experiment results indicate that this approach is able to identify the markers correctly,the reconstruction of the missing data is ideal and the processing is in real time.All these prove that the approach in this article is available.     

基于最长公共子序列的人体运动序列检索

在计算机仿真领域,运用重新组合等相关技术,可以对已经捕捉的人体运动数据实现重用,以较低的成本产生新的运动.但是,由于运动库的数据庞大,对其实施有效检索成为一个重要问题.以倒排表数据结构为基础,设计出一套针对人体运动的检索算法.不同于传统的最长公共子序列(Longest Common Subsequuence,LCSS)的度量算法,提出了一种限制最小匹配率ρmin的有限最长公共子序列(Limited-LCSS)算法,并在此基础上针对倒排表的数据结构特点对算法进行了优化,显著的提高了算法的效率.实验表明提出的检索方法具有较好的速度和准确性.     

光学运动捕捉散乱数据处理的一种方法

阐述了一种适用于被动式光学人体运动捕捉散乱数据处理的方法,该方法基于模版匹配的原理,根据人体标示的特征点的局部相对刚性结构以及整体拓扑结构关系,利用刚性结构匹配、运动轨迹追踪、拓扑结构校验实现散乱数据的处理,从而得到人体运动参数及骨架拓扑结构。该方法解决了追踪算法在特征点重合时的追踪出错问题,处理方法经优化后数据处理过程能够满足运动捕捉的实时性要求,具备错误自动检测和纠正能力,处理过程无须人工干涉。     

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.     

基于可重用性的软件维护

软件维护工具的短缺造成了软件维护费用不断上升,软件维护工具的开发又是一个很难的课题。本文提出软件重用将有助于软件维护费用的降低,软件重用技术不仅可提高软件开发生产率,还可提高软件维护生产率。本文还介绍了一个基于可重用性的软件维护方法和工具。     

基于软件重用的应用生成

软件重用技术是提高软件生产率的重要途径之一。MISAG是我们研制的一个基于软件重用技术的、集成的、通用于辅助开发MIS的工具软件系统。利用MISAG,结合程序生成技术,可以构造出满足用户需求的应用系统。     

虚拟装配中基于数据手套的虚拟操作研究

在虚拟装配中,采用数据手套对虚拟物体进行虚拟操作,是进行虚拟装配的重要手段。首先给出了数据手套的虚拟操作流程,探讨了虚拟操作中存在的三个关键技术问题碰撞检测问题、手的穿透限制问题、手的抓取和拖放问题。然后对这三种关键技术逐项进行了剖析,并在此基础上给出了具体的解决算法面向对象的基于包围盒的碰撞检测算法、基于面片的穿透限制算法和抓取与拖放算法。最后构建了虚拟装配试验系统对这几种解决方案进行了验证。这几种算法能够保证虚拟装配系统的实时性和真实性,较好地解决了虚拟操作中存在的问题。