虚拟人运动控制技术的研究与实现

作     者：黄锦军 

作者单位：华中科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：徐海银

授予年度：2007年

学科分类：08[工学] 080203[工学-机械设计及理论] 0802[工学-机械工程] 

主      题：虚拟人 关键帧 运动控制 正向运动学 逆向运动学 

摘      要：虚拟人的运动控制技术早已成为仿真系统,科学实验,三维动画以及游戏娱乐等方方面面中不可或缺的一部分,随着计算机硬件的发展,虚拟人运动控制技术必将在将来扮演更加重要的角色。 关键帧技术是虚拟人运动控制技术中最基本和最常用的方法。插中理论与算法把时间因素从传统的关键帧插值技术分离出来,在关键帧插值技术中引入速度的概念,在给定物体运动路径基础上,通过给定物体运动的速度表达式,运用插中技术成生不同的帧序列。 人体分层结构中,关节和骨骼实际构成了关节运动链,利用关节运动链对运动进行控制。正向运动学方法和逆向运动学方法是虚拟人运动控制技术中的两种基本方法,它们都以人体关节链为模型。传统的逆向运动学算法一般不需要给出关节运动链上末端效应器的运动路径,也没有考虑末端效应器的运动速度因素。基于单参数曲线插中技术的逆向运动学算法是一种特殊的逆向运动学算法,算法的目标是让末端效应器沿着给定的运动路径按照给定的速度运动。 研究虚拟人的运动控制技术首先需要对人体进行建模,利用C++语言和OpenGL技术实现了一个的简单人体骨架模型,并且结合传统的关键帧插值技术和插中技术实现了人体行走和自由落地等运动。人体行走过程是周期性的过程,在分析了人体行走的时空特性的基础上,提取出了人体行走过程中的10个关键步态,形成10个关键帧,然后利用参数关键帧插值技术形成中间帧。最后,开发了基于Maya的虚拟人运动控制系统。