反應(yīng)式虛擬人運(yùn)動(dòng)控制研究.pdf

1、目前，虛擬人運(yùn)動(dòng)是虛擬現(xiàn)實(shí)的一個(gè)重要分支，被廣泛用于影視制作、游戲娛樂、軍事仿真、醫(yī)療等領(lǐng)域，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對(duì)虛擬人運(yùn)動(dòng)的要求不僅局限于高度的真實(shí)感，更希望虛擬人能靈活地與外界環(huán)境交互。如何生成具有物理真實(shí)感的虛擬人運(yùn)動(dòng)，對(duì)外界擾動(dòng)力的大小和方向做出正確反應(yīng)，實(shí)時(shí)地響應(yīng)外界環(huán)境交互是反應(yīng)式虛擬人運(yùn)動(dòng)控制的關(guān)鍵所在。針對(duì)上述問題，本文從以下四個(gè)方面對(duì)反應(yīng)式虛擬人的運(yùn)動(dòng)控制展開研究。
　　首先對(duì)虛擬人的模型進(jìn)行研究，由

2、于人體關(guān)節(jié)眾多，不利于虛擬人的運(yùn)動(dòng)計(jì)算，基于H-Anim模型建立簡(jiǎn)化的虛擬人模型。該模型忽略了人體的肌肉及皮膚，保留17個(gè)關(guān)節(jié)點(diǎn)，只考慮骨骼的運(yùn)動(dòng)。選用四元數(shù)代替歐拉角表示關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)避免萬向節(jié)死鎖，并研究歐拉角和四元數(shù)之間的相互轉(zhuǎn)換。簡(jiǎn)化的虛擬人模型能夠較好的保留人體特點(diǎn)，對(duì)人體進(jìn)行逼真的模擬，為研究虛擬人的運(yùn)動(dòng)控制提供基礎(chǔ)。
　　其次，基于動(dòng)力學(xué)理論根據(jù)各個(gè)關(guān)節(jié)期望旋轉(zhuǎn)角度和實(shí)際旋轉(zhuǎn)角度的差異，利用PD控制器控制各個(gè)關(guān)節(jié)所要施加的

3、扭矩大小，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)整個(gè)骨架的運(yùn)動(dòng)。利用有限狀態(tài)機(jī)對(duì)行走步態(tài)進(jìn)行建模，設(shè)計(jì)有限狀態(tài)機(jī)各目標(biāo)狀態(tài)的參數(shù)，實(shí)現(xiàn)虛擬人走路和跑步運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)模擬。
　　再次，為了實(shí)現(xiàn)反應(yīng)式虛擬人各運(yùn)動(dòng)的過渡跳轉(zhuǎn)，研究虛擬人運(yùn)動(dòng)控制中的運(yùn)動(dòng)連接技術(shù)，采用插值方法完成多個(gè)運(yùn)動(dòng)序列的連接，實(shí)現(xiàn)多個(gè)運(yùn)動(dòng)的平滑過渡。對(duì)于運(yùn)動(dòng)類型相同的運(yùn)動(dòng)連接和運(yùn)動(dòng)類型不同的運(yùn)動(dòng)連接，分別采用重疊插值方法和平滑過渡方法處理。
　　最后，分別對(duì)兩種反應(yīng)式動(dòng)作，平衡動(dòng)作和躲避動(dòng)作