虚拟人运动仿真的VRML重构研究

为了更好地促进虚拟现实技术在维修与维修性工程中的应用,解决Jack软件发布方式单一、交互性差的问题.研究了Jack虚拟人体模型的组成结构,借鉴H-anim规范的思路,在VRML(Virtual Reality Modeling Language)环境中重构人体模型的关节层次关系(骨架),建立了符合VRML运动仿真需求的人体模型;分析了记录Jack虚拟人体运动仿真信息的ChannelSet文件,提取了仿真信息,给出了转换算法,开发了相应的软件工具,生成了驱动VRML人体模型的运动脚本,最后在VRML环境中重现了人体模型逼真的运动仿真.     

举重运动的人体三维模型重建及仿真

提出了一种利用多摄像机来重建三维人体运动的新方法。相对于传统贴标记的方法,这种方法使用简单,所需物理设备价格便宜。其算法特点是,多种图像特征和运动知识有机地集成于一个基于非线性优化策略的跟踪框架中。具体地,通过定义人体模型,摄像机投影模型,以及相似性度量模型来得到优化框架下的目标函数,并使用牛顿-高斯算法进行求解。同时,基于轮廓匹配来预测二维关节点的算法有效地解决了遮挡和跟踪错误积累这一关键问题。本算法在举重运动三维重建中的应用说明其可以重建运动员的三维运动,并作为运动分析的依据。     

基于双Kinect传感器的三维人体姿态跟踪方法

三维人体姿态估计与跟踪是机器视觉中的热点问题。为了提高人体姿态跟踪的稳定性,以人体关节点自由度向量的方法表示人体运动姿态,使用无迹卡尔曼滤波方法对人体姿态进行跟踪,并搭建了一套基于双Kinect传感器的人体姿态跟踪系统。对比于传统的人体运动捕捉系统,该系统可实现在简单动作下准确稳定的三维人体姿态跟踪,在复杂动作下反映运动过程的特殊性质,并用于运动生物力学的性能评估。     

分布式虚拟环境中虚拟人运动的表示

网络虚拟环境中虚拟人的运动表示与交通工具的运动表示具有完全不同的特点。对此 ,本文提出了一种运动表示法 ,以运动信息的形式表达人体所有关节的变化结果 ,并采用信息包的方式在网上传送 ,可以有效地降低维持虚拟人逼真运动所需要的最小信息传送数量     

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。     

基于连续样条曲线的替身运动平滑过渡算法

网络虚拟场景中,替身作为用户在场景中的表现方式,可以在场景中运动并与其他用户的替身或事物进行交互,替身行为的逼真性直接影响到虚拟场景的逼真性。采用关节化的人体模型可以较有效地提高逼真度,但关节化的替身与非关节化的其他场景对象相比,在运动和交互过程中大大地增加了网络负载,因此需要采用DR算法来有效地减小网络通信负载。本文研究了适合于关节化人体模型的DR预测算法,分析了运用DR预测算法不可避免地产生的替身运动的不连贯性,在此基础上提出了一种基于连续样条曲线实现的平滑过渡算法,较好地解决了替身运动的平滑过渡问题。     

基于中心距离特征的人体运动序列关键帧提取

运动捕获数据的关键帧是原始运动序列的简洁表示,对于运动压缩、运动检索和运动分割起着重要的作用。提出了一种基于中心距离特征的人体运动捕获数据关键帧提取方法,通过提取四肢到中心点ROOT的距离,得到一组中心距离特征,将特征分为上肢和下肢来分别表示,并提取上下肢的距离模,得到二维的特征向量模;然后采用主成分分析得到一维特征,并提取其局部极值点作为初始关键帧;最后通过对初始关键帧的重新筛选与插入得到最终关键帧序列。实验结果表明,该方法提取的关键帧序列在视觉上能够很好的概括原始运动序列的内容,且具有高压缩率。     

一种人体肌肉的参数化建模及变形方法研究

由于人体肌肉在变形过程中具有保体积的约束特性,且肌肉运动缺乏三维多角度呈现,为此,提出了一种人体肌肉的参数化建模及变形方法。基于MRI (magnetic resonance imaging)数据,利用其生成的切片图像提取外轮廓线进行构建三维肌肉模型;层次化定义肌肉特征,建立语义参数间的映射关系,实现肌肉的保体积变形;通过建立向量值动态四阶微分方程使特征曲线动态模拟肌肉的变形过程,并建立骨骼运动与肌肉变形之间的对应关系。以人体肱二头肌为例进行实验,验证了此方法的有效性。     

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。     

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。     

卫星星座及其覆盖问题建模与可视化仿真

为了便于对卫星星座及其覆盖特性进行研究,笔者独立开发了一套卫星星座可视化仿真软件,该软件可以动态演示星座的三维几何构型、卫星的姿态运动以及相应的卫星星下点和覆盖区。该软件由存储、计算和结果显示模块组成。存储模块使用了数据库技术来对相应的初始参数进行操作;结果显示模块使用了OPENGL和简单GIS技术来演示星座运行、卫星姿态以及星下点轨迹和覆盖圆情况。并给出了计算模块所使用的轨道动力学模型、姿态模型以及覆盖模型。轨道动力学模型考虑了大气阻力和J2项摄动,并使用Cowell法建立轨道运动微分方程,利用Adams线性多步法进行求解,以保持较高的计算精度。姿态模型主要使用姿态四元数建立相应的姿态运动。覆盖模型则针对稀疏星座对固定目标的重访时间进行了建模,提出了数值法与解析法求解重访时间的方案。最后给出了程序运行效果与仿真算例。     

一种视频驱动的三维人体动画合成方法

三维人体动画的生成是计算机动画领域的热点问题。已有的运动捕获方法虽然可以获得逼真的运动数据，但使用不便、代价昂贵的缺点限制了其应用。利用已有的运动数据库，提出了一种视频驱动的三维人体动画合成方法。该方法通过建立运动库概率转移和统计模型，挖掘运动数据的时空结构，能够根据视频内容合成出新的动画数据，从而提高已有运动数据的可重用性，大大降低动画制作成本。采用广播体操运动视频验证了方法的有效性。     

基于有限元法人体腿部生物力学仿真研究

为了建立可用于手术预演和规划的可靠的虚拟生物组织力学模型进行人体腿部生物力学仿真研究,根据关键组织的三维重建结果,采用有限元方法自下到上的建立骨骼、皮肤和部分软组织的生物力学模型.针对CT图像无法精确重建肌肉的几何模型的问题,在充分考虑肌腱的生物力学特性,又体现肌纤维的微观解剖结构的基础上,提出一种新型的肌肉建模方法.最后,通过患者手术获得的力位数据与有限元仿真数据的对比分析,证明建立的人体生物力学模型的可信性.     

仿人形机器人两眼的运动模型和控制方法研究

以人的视觉生理学和解剖学的研究成果为基础，对人类两眼的协调运动、辐辏运动、前庭动眼反射、视机性反射和滑动性眼球运动等视觉机能进行研究，以简化人类复杂的视觉神经网络及其反馈控制系统，并建立起仿人形机器人两眼的运动模型和控制方法。仿真实验结果表明提出的仿人形机器人两眼的运动模型和控制方法是有效的。     

船舶姿态运动实时预报算法研究

根据大型舰船在随机海浪作用下的非平稳运动特性,提出基于AR模型的实时建模预报方法,详细讨论了改进隅角实时快速定阶算法和RLS递推在线参数辨识方法。针对典型航行工况,对船舶纵摇运动进行了仿真研究,并与AIC定阶算法进行了比较。仿真结果表明:AR算法适用于舰船在非平稳运动情况下的建模预报。AIC准则、改进隅角两种定阶方法均可实现AR模型阶数的在线估计问题,预报长度均可达到7-10秒,但改进隅角定阶算法简单,独立性好,易于编程实现,预报实时性好。该方法在理论和工程应用方面具有重要的意义。     

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Kane方法的宇航员舱外活动仿真

简要回顾了宇航员舱外活动计算机仿真现状,基于Kane方法给出了应用多刚体系统动力学求解人体运动的递推公式及步骤.针对STS-63飞行中的宇航员搬运大质量载荷任务,建立了简化的宇航员上肢运动模型,对上肢末端做矢状面内的匀速圆周运动过程进行了分析,得到关节运动及动力学参数随时间的变化关系,并与相关标准进行了比较.     

一种全向滚动球形机器人的动力学建模与仿真

设计了一种全向滚动球形机器人装置,对其在斜面上的动力学分析与仿真进行了研究。根据机器人所受的非完整约束,建立了其运动学模型。根据机器人的结构特征和Lagrange-Routh方程,建立了其动力学模型,给出了消去未知Lagrange乘子的方法。得到了该球形机器人的完整动力学模型。然后应用MATLAB中的SIMULINK工具和S函数,建立了描述该球形机器人完整动力学方程的仿真模型。结合运动实例进行了机器人的动力学分析和仿真,结果表明了动力学模型的正确性和分析方法的有效性。