面向人機工程仿真的虛擬人體運動控制技術.pdf

1、隨著計算機軟硬件、計算機圖形學、計算機輔助設計、虛擬現(xiàn)實以及人工智能等技術的發(fā)展，融合了這些因素的計算機輔助人機工程正獲得越來越廣泛的關注與應用。 許多復雜高級的人機評價方法需要獲取人體多種數(shù)據(jù)，包括骨骼、肌肉等的位置以及狀態(tài)等，因此，簡單的棒模型已經(jīng)漸漸無法滿足越來越高級的人機評價的需要，而必須提供真實的虛擬人體模型。 而在人機仿真方面，現(xiàn)有的多種動畫生成算法則多適用于娛樂游戲等行業(yè)，或重視視覺效果甚于生理上的合理性，

2、或計算復雜不適于進行實時應用，總之各有利弊。運動捕獲方法雖然真實，但捕獲過程中所使用的人體結構卻偏于簡單，與人體的真實情況有所差別，因此有必要研究如何改善人機工程仿真的真實度。本文針對這兩方面進行了一定的改進和創(chuàng)新。 首先本文以解剖學為依據(jù)，建立了一個較為復雜但更加真實的虛擬人體骨骼層模型。為進一步的肌肉層定位以及高級的人機評價方法實現(xiàn)打下基礎。其次本文提出了一種通過使用施加約束的逆向運動學方法，在不同結構的虛擬人體模型之間進行

3、運動重定向，同時滿足時空約束以及人體生理約束。從而得以利用各種不同的運動捕獲數(shù)據(jù)，獲得效果逼真的人機仿真動畫。 在綜合介紹了計算機輔助人機工程的一些背景知識和研究現(xiàn)狀之后，本文第二章介紹了基于解剖學所建立的虛擬人體模型，并對人體的部分生理約束以及運動表示有所描述；本文第三章詳細介紹了在不同結構的虛擬人體模型之間進行運動重定向的方法；本文第四章詳細介紹了逆向運動學的幾種方法以及如何在這些方法上施加約束；本文第五章介紹了計算機輔助人