面向動(dòng)作分析的虛擬人體建模研究.pdf

1、90年代以來(lái)，隨著以計(jì)算機(jī)技術(shù)為支柱的信息技術(shù)的迅速發(fā)展，現(xiàn)代IE開始研究生產(chǎn)要素之間的新規(guī)律，為創(chuàng)造新的IE技術(shù)尋求理論依據(jù)。其中最重要的是人和其他管理資源之間的關(guān)系，要解決在高效率設(shè)施條件下，人的適應(yīng)性和提高生產(chǎn)率的問題。而人機(jī)工程學(xué)就是研究生產(chǎn)系統(tǒng)中人、機(jī)器和環(huán)境之間的相互作用的一門邊緣科學(xué)，是IE的一個(gè)重要分支專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)。 人機(jī)工程學(xué)在國(guó)外已有70多年的發(fā)展歷史，在制造過程中已得到了廣泛的應(yīng)用。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和數(shù)字技術(shù)

2、的發(fā)展，人們對(duì)人機(jī)工程的研究從簡(jiǎn)單的應(yīng)用發(fā)展到高性能的評(píng)價(jià)與仿真范疇。計(jì)算機(jī)技術(shù)的引入為人機(jī)工程學(xué)的研究提供了新的方法，其對(duì)人機(jī)工程學(xué)的輔助主要表現(xiàn)在方法和應(yīng)用兩個(gè)方面。在研究方法方面，它針對(duì)傳統(tǒng)的研究方法在獲取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及實(shí)驗(yàn)結(jié)果方面的局限性，提出了有效的解決方法，并將這些方法計(jì)算機(jī)化，以便與人機(jī)系統(tǒng)軟件相結(jié)合；在人機(jī)工程應(yīng)用方面，它將人機(jī)工程學(xué)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果、分析評(píng)價(jià)方法及標(biāo)準(zhǔn)，以計(jì)算機(jī)軟件工具的形式應(yīng)用在產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工作空間設(shè)計(jì)以及人機(jī)系

3、統(tǒng)的設(shè)計(jì)中。 本論文所要研究的課題，就是基于應(yīng)用方面，以面向人機(jī)工程的虛擬人體模型的構(gòu)建為主要研究?jī)?nèi)容，探討一個(gè)計(jì)算機(jī)輔助人機(jī)分析系統(tǒng)的總體框架。具體工作如下： 首先闡述了人機(jī)工程學(xué)基礎(chǔ)及其與工業(yè)工程的關(guān)系，人機(jī)工程學(xué)是工業(yè)工程的一個(gè)重要分支專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)，人機(jī)工程仿真通過模擬人操作機(jī)器的各種動(dòng)作，把人機(jī)相互作用的動(dòng)態(tài)過程可視化，并充分利用人機(jī)工程學(xué)的各種評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和算法，對(duì)工業(yè)工程研究過程中的人機(jī)因素進(jìn)行量化分析和評(píng)價(jià)，分

4、析評(píng)價(jià)的結(jié)果將進(jìn)一步用于人機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與改善，以達(dá)到工業(yè)工程提高工作效率的最終目標(biāo)。 人機(jī)系統(tǒng)的模擬中，一個(gè)關(guān)鍵的問題是——人體模型。在整理了我國(guó)成年人身體結(jié)構(gòu)尺寸的統(tǒng)計(jì)測(cè)量數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，本文深入研究了新興的對(duì)虛擬人體模型建模技術(shù)以及已有建模軟件，并著重從工業(yè)工程中需要考慮人機(jī)工程學(xué)人的要素角度出發(fā)，對(duì)用于人機(jī)工程的虛擬人體模型的需求做了分析。 在人體幾何模型的構(gòu)建方面，論文提出了一種適用于系統(tǒng)的基于VRML的三維人體建

5、模標(biāo)準(zhǔn)—Haniml.l標(biāo)準(zhǔn)的人體建模方案，并且為了降低建模難度，對(duì)于基本模型文件的生成，系統(tǒng)使用改造已知模型文件的方法，即選擇使用poser軟件輸出。 在建立虛擬人體運(yùn)動(dòng)模型方面，論文運(yùn)用了目前較成功的人體運(yùn)動(dòng)仿真應(yīng)用或動(dòng)畫基本上都采用的正向運(yùn)動(dòng)學(xué)方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，并主要通過上肢運(yùn)動(dòng)鏈的實(shí)例說明運(yùn)動(dòng)原理。在此基礎(chǔ)上，本文又研究了人體動(dòng)畫的實(shí)現(xiàn)技術(shù)，利用關(guān)鍵幀動(dòng)畫方法實(shí)現(xiàn)了動(dòng)素伸手的動(dòng)畫。 論文最后利用上述構(gòu)建的虛擬人體模型，