学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

队列训练中的人体行为模拟技术研究

作　者: 柏友良
导　师: 梁加红
学　校: 国防科学技术大学
专　业: 控制科学与工程
关键词: 虚拟人人体建模队列训练运动控制运动捕捉运动编辑
分类号: TP391.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 54次
引　用: 1次
阅　读: 论文下载

内容摘要

随着仿真和虚拟现实技术的发展,虚拟人技术逐渐成为当今研究的一个热点。虚拟人的研究以体现人类几何和行为特性为主要目标,研究内容可以分为虚拟人的几何模型表示、虚拟人的运动控制、虚拟人的行为表达以及虚拟人的认知表达四个主要方面。其中前两个方面主要从虚拟人几何和行为特征逼真性的角度进行研究,而后两个方面主要从虚拟人社会性和智能化角度进行研究。本文从前两个方面即几何建模和运动控制对虚拟人技术进行了深入地研究,主要做了以下几方面的工作:首先,建立了虚拟人的几何模型。分析人体结构,对人体骨骼系统进行了简化,与运动捕捉文件类型中的人体骨架定义相结合,创建了具有45个关节点的虚拟人模型,讨论了虚拟人几何模型的主要表示方法,用分层建模法建立了逼真的虚拟人几何模型。其次,在运动控制技术方面,研究了各种运动控制方法,分析队列动作特点,建立了人体运动模型。详细研究了运动捕捉和运动学控制方法,实现了对虚拟人的动作控制。为了处理运动捕获数据,对运动编辑技术中的运动连接、运动混合、数字信号处理方法以及运动重定向技术进行了研究,并给出了详细的算法描述。最后,根据本文对人体几何建模和运动控制方法的研究成果,在VC++6.0和Vega环境下设计开发了队列训练模拟系统。仿真和实验结果表明,本文所建立的人体几何模型逼真可信,运动捕捉和运动学结合的运动控制方法有效、逼真地对虚拟人进行了控制。基于虚拟人的队列训练系统可以作为传统队列训练方法的辅助手段,有助于提高受训者的积极性,提高训练效率和训练水平。同时,本文的研究还可以为以后的相关研究奠定理论和技术基础。

全文目录

摘要  6-7
ABSTRACT  7-8
第一章绪论  8-17
  §1.1 课题研究的背景和意义  8
  §1.2 虚拟人关键技术研究综述  8-14
    1.2.1 虚拟人几何建模方法  9-11
    1.2.2 虚拟人运动控制方法  11-14
  §1.3 国内外研究现状  14-15
  §1.4 本文的研究内容及组织结构安排  15-17
    1.4.1 研究内容  15
    1.4.2 本文组织结构安排  15-17
第二章虚拟人技术相关数学基础  17-28
  §2.1 位置和状态的表示  17-18
    2.1.1 位置  17
    2.1.2 方位  17-18
    2.1.3 位姿  18
  §2.2 坐标变换  18-20
    2.2.1 平移坐标变换  18-19
    2.2.2 旋转坐标变换  19-20
  §2.3 齐次坐标变换及欧拉角表示法  20-23
    2.3.1 齐次变换  20
    2.3.2 平移齐次坐标变换  20-21
    2.3.3 旋转齐次坐标变换  21-22
    2.3.4 欧拉角表示法  22-23
  §2.4 四元数及其性质  23-26
    2.4.1 四元数的定义及其基本性质  23-25
    2.4.2 四元数与欧拉角和旋转矩阵之间的相互转换  25-26
  §2.5 人体关节链结构分析  26-27
  §2.6 本章小结  27-28
第三章虚拟人体几何模型构建  28-39
  §3.1 人体结构分析和简化  28-32
    3.1.1 人体骨骼解剖结构和运动形式  28-29
    3.1.2 人体骨骼体系的简化  29-32
  §3.2 队列训练中虚拟人体的建模  32-37
    3.2.1 Creator简介  33-35
    3.2.2 虚拟士兵三维几何模型的建立  35-37
  §3.3 本章小结  37-39
第四章虚拟人体模型运动控制方法研究  39-63
  §4.1 引言  39
  §4.2 虚拟人运动建模  39-44
    4.2.1 基于关节的人体运动模型层次结构  39-41
    4.2.2 人体关节模型的运动建模  41-44
    4.2.3 人体运动的表示  44
  §4.3 运动捕捉方法研究  44-47
    4.3.1 运动捕捉技术的分类  45
    4.3.2 运动捕捉数据文件格式  45-47
  §4.4 队列动作特点分析及相应运动模型建立  47-50
    4.4.1 齐步走和踏步运动模型分析  48-49
    4.4.2 跑步走运动模型分析  49-50
    4.4.3 敬礼动作模型分析  50
  §4.5 逆运动学方法研究  50-54
    4.5.1 逆运动学(IK)的概念  50-51
    4.5.2 IK问题的求解  51-52
    4.5.3 指向线算法以及CCD(cyclic-coordinate descent)算法  52-53
    4.5.4 CCD算法的改进  53-54
  §4.6 运动编辑  54-62
    4.6.1 运动连接  56-57
    4.6.2 运动混合  57
    4.6.3 数字信号处理  57-58
    4.6.4 运动重定向  58-62
    4.6.5 实验结果  62
  §4.7 本章小结  62-63
第五章队列训练模拟系统开发  63-69
  §5.1 开发环境介绍  63-64
  §5.2 系统流程介绍  64
  §5.3 系统功能模块及界面介绍  64-67
    5.3.1 系统功能模块组成  64-65
    5.3.2 系统界面  65-66
    5.3.3 仿真运行结果及结论  66-67
  §5.4 本章小结  67-69
第六章总结与展望  69-71
  §6.1 全文总结  69
  §6.2 研究展望  69-71
致谢  71-72
参考文献  72-77
攻读硕士学位期间发表的论文  77-78
附录A 成年人肢体的主要活动范围  78-79
附录B 人体运动控制部分源代码  79-80

队列训练中的人体行为模拟技术研究

内容摘要

全文目录

相似论文