基于肌肉的人體運(yùn)動(dòng)合成仿真研究.pdf

1、近年來計(jì)算機(jī)技術(shù)取得了飛速地進(jìn)步，同時(shí)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)更是家喻戶曉。在游戲、影視娛樂、醫(yī)療以及軍事領(lǐng)域更是得到了廣泛的應(yīng)用，既豐富了人們的生活，又給人們的生活帶來了極大的便利。因此如何在虛擬環(huán)境中模擬出更加逼真的人體模型以及人體運(yùn)動(dòng)具有很高得研究價(jià)值。
　　人體運(yùn)動(dòng)合成技術(shù)涉及到人體解剖學(xué)，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)，人體運(yùn)動(dòng)學(xué)，計(jì)算機(jī)學(xué)等眾多學(xué)科的知識(shí)，極其具有挑戰(zhàn)性與復(fù)雜性。本文在對(duì)人體運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行了深入分析的基礎(chǔ)上，確定了可以反應(yīng)人體真實(shí)結(jié)構(gòu)

2、的主要骨骼，以及對(duì)人體運(yùn)動(dòng)起到關(guān)鍵作用的關(guān)節(jié)點(diǎn)和肌肉。在充分考慮真實(shí)性和可操作性的前提下建立了基于解剖學(xué)的人體幾何模型，包括骨骼，關(guān)節(jié)以及肌肉。其次對(duì)人體運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行了層次化結(jié)構(gòu)表示，并對(duì)關(guān)節(jié)按照自由度的不同進(jìn)行了分類，同時(shí)對(duì)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了數(shù)學(xué)建模，對(duì)關(guān)節(jié)繞坐標(biāo)軸的旋轉(zhuǎn)采用矩陣表示，而關(guān)節(jié)繞任意軸的旋轉(zhuǎn)則使用四元數(shù)表示。然后通過選取主要關(guān)節(jié)處解剖學(xué)特征點(diǎn)，建立了腕關(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié)、肩關(guān)節(jié)、髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)、踝關(guān)節(jié)的局部坐標(biāo)系。通過建立局部坐

3、標(biāo)系間的映射關(guān)系，實(shí)現(xiàn)了骨骼段之間的動(dòng)態(tài)綁定。最后對(duì)運(yùn)動(dòng)捕獲數(shù)據(jù)進(jìn)行了解析，為了將運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)作用到本文建立的人體幾何模型上，確定了比例因子實(shí)現(xiàn)人體模型的匹配。按照運(yùn)動(dòng)捕獲數(shù)據(jù)記錄的運(yùn)動(dòng)信息，接著運(yùn)用逆向運(yùn)動(dòng)學(xué)求解了關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)角度，并用多剛體運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué)公式對(duì)運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)進(jìn)行了求解，通過施加空間力學(xué)平衡約束得到了有效的人體運(yùn)動(dòng)約束機(jī)制，完成了人體運(yùn)動(dòng)仿真。
　　仿真結(jié)果表明，本文對(duì)于人體運(yùn)動(dòng)的仿真，滿足牛頓運(yùn)動(dòng)定律，效果更加的真實(shí)，自