面向動作分析的虛擬人體建模研究.pdf

1、90年代以來，隨著以計算機技術(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，要解決在高效率設施條件下，人的適應性和提高生產(chǎn)率的問題。而人機工程學就是研究生產(chǎn)系統(tǒng)中人、機器和環(huán)境之間的相互作用的一門邊緣科學，是IE的一個重要分支專業(yè)基礎(chǔ)知識。 人機工程學在國外已有70多年的發(fā)展歷史，在制造過程中已得到了廣泛的應用。隨著計算機技術(shù)和數(shù)字技術(shù)

2、的發(fā)展，人們對人機工程的研究從簡單的應用發(fā)展到高性能的評價與仿真范疇。計算機技術(shù)的引入為人機工程學的研究提供了新的方法，其對人機工程學的輔助主要表現(xiàn)在方法和應用兩個方面。在研究方法方面，它針對傳統(tǒng)的研究方法在獲取實驗數(shù)據(jù)及實驗結(jié)果方面的局限性，提出了有效的解決方法，并將這些方法計算機化，以便與人機系統(tǒng)軟件相結(jié)合；在人機工程應用方面，它將人機工程學的實驗結(jié)果、分析評價方法及標準，以計算機軟件工具的形式應用在產(chǎn)品設計、工作空間設計以及人機系

3、統(tǒng)的設計中。 本論文所要研究的課題，就是基于應用方面，以面向人機工程的虛擬人體模型的構(gòu)建為主要研究內(nèi)容，探討一個計算機輔助人機分析系統(tǒng)的總體框架。具體工作如下： 首先闡述了人機工程學基礎(chǔ)及其與工業(yè)工程的關(guān)系，人機工程學是工業(yè)工程的一個重要分支專業(yè)基礎(chǔ)知識，人機工程仿真通過模擬人操作機器的各種動作，把人機相互作用的動態(tài)過程可視化，并充分利用人機工程學的各種評價標準和算法，對工業(yè)工程研究過程中的人機因素進行量化分析和評價，分

4、析評價的結(jié)果將進一步用于人機系統(tǒng)的設計與改善，以達到工業(yè)工程提高工作效率的最終目標。 人機系統(tǒng)的模擬中，一個關(guān)鍵的問題是——人體模型。在整理了我國成年人身體結(jié)構(gòu)尺寸的統(tǒng)計測量數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，本文深入研究了新興的對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工程學人的要素角度出發(fā)，對用于人機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、模標準—Haniml.l標準的人體建模方案，并且為了降低建模難度，對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。 在建立虛擬人體運動模型方面，論文運用了目前較成功的人體運動仿真應用或動畫基本上都采用的正向運動學方法來實現(xiàn)，并主要通過上肢運動鏈的實例說明運動原理。在此基礎(chǔ)上，本文又研究了人體動畫的實現(xiàn)技術(shù)，利用關(guān)鍵幀動畫方法實現(xiàn)了動素伸手的動畫。 論文最后利用上述構(gòu)建的虛擬人體模型，