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基于生物力学的人体行走动力学建模与仿真

基于生物力学的人体行走动力学建模与仿真

作者：徐志伟国防科技大学

学位级别：硕士

人体行走动力学是以人体建模为基础,并对模型进行动力学和运动学分析的一门学科,它是仿人机器人和人体康复器械研究的基础理论学科之一,已在假肢设计等领域得到了广泛应用。人体行走动力学研究对指导机电产品设计、运动康复器械设计等... 详细信息

人体行走动力学是以人体建模为基础,并对模型进行动力学和运动学分析的一门学科,它是仿人机器人和人体康复器械研究的基础理论学科之一,已在假肢设计等领域得到了广泛应用。人体行走动力学研究对指导机电产品设计、运动康复器械设计等具有重要意义。本文以人体解剖学和生物力学为基础,建立了符合人体解剖学结构的全身骨骼模型,通过人体步态实验获取人体行走运动学和动力学数据,在多体动力学软件ADAMS里对模型进行逆向动力学驱动,得到仿真实验结果与测量数据进行对比,验证模型。具体来说,包括以下四个方面的工作:1.通过人体步态实验,利用VICON人体运动捕捉系统和力板得到了人体行走运动学和动力学数据,并对数据进行了分析和周期拟合,得到了各关节转动角度数据和地面反力数据,分别作为仿真模型的驱动输入和结果验证。2.从虚拟人计划中获取了人体解剖学数据,并采用逆向工程技术对人体进行了模型重构。依据人体解剖学定义,在三维建模软件UG中,将人体骨骼系统划分为13个刚体,并对这13个刚体添加了解剖学骨性标志点和局部坐标系。通过和实验对象进行比较,将模型进行缩放,得到了与实验数据相匹配的人体模型。3.在ADAMS里建立运动模拟所需的环境,用实验得到的运动学数据驱动模型,实现了人体刚性行走仿真,得到了地面反力数据,并与实验测量结果进行比较。通过刚性行走仿真的结果,验证了建模方法的正确性,并从运动学和动力学两个方面对人体模型的行走特性进行了评估。仿真结果显示,刚性模型最大地面反力与测量的结果误差为18%,触地相时长占整个步态周期的50%。4.构建了基于ABAQUS的足部有限元模型,并提取了足部模型的前30阶模态。通过研究ADAMS与ABAQUS的接口技术,成功的将有限元足部转译成柔性体足部并导入ADAMS,实现刚柔耦合人体行走仿真。通过刚柔耦合行走仿真发现,最大地面反力与测量结果的误差降为5%,触地相时长占整个步态周期的60%,与测量结果非常接近,验证了所建人体行走动力学模型的正确性。

关键词：人体解剖学人体建模 ADAMS 行走仿真柔性足部

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基于切片图像的三维人体表面建模研究

基于切片图像的三维人体表面建模研究

作者：王晓霞武汉纺织大学

学位级别：硕士

随着网络的普及和虚拟现实技术的发展，国内外服装CAD技术日趋成熟，人们对服装的个性化、适合度要求越来越高。同时市场对三维服装CAD的需求也大幅增加，三维服装CAD技术正在向智能化、集成化、信息化方向发展。因此，三维服装CAD受到... 详细信息

随着网络的普及和虚拟现实技术的发展，国内外服装CAD技术日趋成熟，人们对服装的个性化、适合度要求越来越高。同时市场对三维服装CAD的需求也大幅增加，三维服装CAD技术正在向智能化、集成化、信息化方向发展。因此，三维服装CAD受到了国内外学术界的广泛关注。而三维人体表面建模是服装CAD的基础，所以本文进行了三维人体建模的研究。三维人体建模研究始于20世纪70年代，一直是计算机图形学研究的热点内容。它有很广泛的应用领域，可以用于航空航天、医学、服装等领域。目前，人体建模的方法主要有线框建模、实体建模、曲面建模和基于物理特性的建模等方法，对于不同的领域要求，选用适合的建模方法。人体可视化数据集中的人体切片图像被广泛地应用于医学领域的三维重建中，本文将人体可视化数据集作为人体表面建模的数据材料。首先要获取人体表面的数据点，由于医学领域环境的特殊性，获取的切片图形包含了很多冗余的信息，所以对切片图形进行处理，首先利用photoshop软件将无用的信息去除，接着对其图形二值化处理、图像去噪、轮廓跟踪与提取等步骤，得到了人体表面轮廓的顶点数据。为了减少三维重建阶段的复杂性，采用弦值法对数据点进行简化筛选，实现了根据曲率变化的数据点稀疏，而且筛选后的数据点形成的轮廓线仍保持原来的形状。基于轮廓线的三维重建是用三角形填充在相邻轮廓线间，形成物体表面。首先，介绍了凸轮廓线和非凸轮廓线之间的三维形体重构方法。同时，由于人体结构的特征，切片图像经过轮廓提取后存在单轮廓线和多轮廓线，在三角片的生成过程中会遇到分支和对应问题。本文总结了已有的研究成果，研究了其中的相关算法，在此基础上提出了改进的最短轮廓线算法，该算法的关键在于寻找最优配对点;针对对应问题，提出了一种简单的判断轮廓线对应关系的方法。

关键词：人体建模 OpenGL 人体可视化数据集切片图像处理三维重建

一种基于人体测量学的三维人体快速建模方法研究与实现

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电脑知识与技术 2008年第12期3卷 1741-1744页

作者：张宏铭厦门大学软件学院福建厦门361005 福建龙岩烟草工业有限责任公司福建厦门364021

常用的个性化三维人体建模方法存在数据量大，处理过程复杂，不适合Web应用的不足，该文提出一种新的快速进行三维人体建模的方法，该方法根据人体测量学和人体解剖学原理，结合人体表面特征点和特征线分布规律，应用超椭圆仿真人体各... 详细信息

常用的个性化三维人体建模方法存在数据量大，处理过程复杂，不适合Web应用的不足，该文提出一种新的快速进行三维人体建模的方法，该方法根据人体测量学和人体解剖学原理，结合人体表面特征点和特征线分布规律，应用超椭圆仿真人体各截面、采用层次参数驱动设计思想，实现快速创建个性化三维人体模型。该方法具有满足实时要求、交互参数少，易于控制，误差小、模型真实感强等优点，并可以准确地提供骨骼关节点和人体特征点．适于三维仿真形象动态设计、人体运动模拟和虚拟服装试衣等多种应用。

关键词：人体建模人体测量学曲面仿真参数设计

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基于RGB-D序列的人体动态建模方法

计算机与现代化 2014年第6期 61-65,70页

作者：刘洋北京工业大学北京100124

人体建模是计算机视觉研究领域的重要研究课题。人体建模被广泛应用于科研、动画、游戏、服装设计、工业等领域,具有非常广阔的应用前景。传统的建模方法可以在大体上还原人体的姿态,但细节上会有偏差。本文提出一种基于RGB-D序列的人... 详细信息

人体建模是计算机视觉研究领域的重要研究课题。人体建模被广泛应用于科研、动画、游戏、服装设计、工业等领域,具有非常广阔的应用前景。传统的建模方法可以在大体上还原人体的姿态,但细节上会有偏差。本文提出一种基于RGB-D序列的人体动态建模方法。人体在场景中自然活动,利用廉价的深度摄像设备Kinect可以获取人体的骨架信息和三维点云。利用获得的骨架信息将模板人体分段刚性地变形到目标位置,使用ICP算法将变形后的模型与Kinect获取的点云进行更精确的配准,使用TPS变形获得一个平滑的柔性形变人体。

关键词：人体建模深度摄像机骨架

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肌肉建模：一种基于人体解剖学的建模工具

Journal of Computer Science & Technology 2004年第C00期19卷 42-42页

作者： AmauryAubel DanielThalmann DreamWorksAnimation 1000FlowerStreetGlendaleCA91201U.S.A. EPFL-VRlab CH1015LausanneSwitzerland

自图形学创立以来，人体建模已成为计算机图形学的热点研究方向。但由于人体的复杂性，至今仍没有一个完备的人体生物学模型，人体的建模仍是一个充满活力的研究领域。本文采用传统的多层次建模方法进行人体的建模和变形。本文人体模型... 详细信息

自图形学创立以来，人体建模已成为计算机图形学的热点研究方向。但由于人体的复杂性，至今仍没有一个完备的人体生物学模型，人体的建模仍是一个充满活力的研究领域。本文采用传统的多层次建模方法进行人体的建模和变形。本文人体模型基于解剖学原理划分为三个层次：骨架。

关键词：人体解剖学生物学模型肌肉解剖学原理人体建模三个层次人体模型建模工具计算机图形学建模方法

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服装三维人体尺寸的参数化建模

科技与生活 2011年第15期 186-186页

作者：罗贵军邓中民武汉纺织大学湖北武汉430073

无论是基于网络的虚拟试衣、电子化量身定制服装还是三维服装CAD系统，首先必须解决的还是在现有条件下快速、较为逼真地建立虚拟人体模型。本论文对服装三维人体尺寸的参数化建模方法进行了研究，研究的目标为建立一种可以掇据使用者... 详细信息

无论是基于网络的虚拟试衣、电子化量身定制服装还是三维服装CAD系统，首先必须解决的还是在现有条件下快速、较为逼真地建立虚拟人体模型。本论文对服装三维人体尺寸的参数化建模方法进行了研究，研究的目标为建立一种可以掇据使用者提供的少量关键尺寸，快速生成近似于真实人体的个性化人体模型的方法。

关键词：人体建模参数化采样截面轮廓拟合参数化变形

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计算机辅助人机工程设计研究

浙江大学学报（工学版） 2005年第6期39卷 805-809,829页

作者：罗仕鉴孙守迁唐明晰潘云鹤浙江大学计算机科学与技术学院浙江杭州310027 香港理工大学设计技术研究中心

为了在虚拟环境下实现工作空间设计的人机工程评价,提出了一种新的计算机辅助人机工程设计研究方法.该方法包括对人机工程咨询系统、人机工程仿真系统和人机工程评价系统的整合研究.将人体测量、人体建模、虚拟人运动控制与仿真、人机... 详细信息

为了在虚拟环境下实现工作空间设计的人机工程评价,提出了一种新的计算机辅助人机工程设计研究方法.该方法包括对人机工程咨询系统、人机工程仿真系统和人机工程评价系统的整合研究.将人体测量、人体建模、虚拟人运动控制与仿真、人机评价等关键技术结合起来,构建了计算机辅助人机工程设计系统,并以汽车驾驶座椅设计为例进行了实时评价验证.试验结果表明,该方法可以有效地应用于虚拟环境中汽车驾驶空间的人机工程仿真与评价,支持产品开发设计.

关键词：人机工程虚拟人人体建模人体运动人机仿真人机评价

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座驾系统的驾驶舒适性优化提升方案

汽车制造业 2025年第1期 48-51页

作者：赵龙董立明张淼杨凯帆高文成熊玉杰武盼祥邓成刚徐嘉乐质子汽车科技有限公司

本文通过摄像头及雷达探测设备获取车辆驾驶人信息,建立识别不同驾驶人个体差异性的模型,通过理论分析得出符合当前驾驶人体最为舒适的驾驶姿态,并通过改变自调整座椅及方向盘状态,从而匹配迎合驾驶人最佳驾驶坐姿的系统,对于提高汽车... 详细信息

本文通过摄像头及雷达探测设备获取车辆驾驶人信息,建立识别不同驾驶人个体差异性的模型,通过理论分析得出符合当前驾驶人体最为舒适的驾驶姿态,并通过改变自调整座椅及方向盘状态,从而匹配迎合驾驶人最佳驾驶坐姿的系统,对于提高汽车舒适性设计有着极重要的作用。

关键词：驾驶舒适性人体建模姿态解析

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面向艺术与设计的虚拟人技术研究

计算机辅助设计与图形学学报 2004年第11期16卷 1475-1484页

作者：刘涛孙守迁潘云鹤浙江大学CAD&CG国家重点实验室杭州310027 浙江大学计算机科学与技术学院杭州310027

虚拟人 (VirtualHuman)是人类各种特性 (几何、行为、感知、情感、生理、心理、社会性等 )在虚拟空间中的数字化表示 ,是高度真实的人类特性的数字化再现文中首先介绍面向艺术与设计的虚拟人技术的应用领域和研究维度 ,然后详细介绍... 详细信息

虚拟人 (VirtualHuman)是人类各种特性 (几何、行为、感知、情感、生理、心理、社会性等 )在虚拟空间中的数字化表示 ,是高度真实的人类特性的数字化再现文中首先介绍面向艺术与设计的虚拟人技术的应用领域和研究维度 ,然后详细介绍其中的主要研究内容 ,包括 :虚拟人体建模、运动控制技术、虚拟人群仿真、虚拟感知与情感计算 ,最后指出 ,在面向艺术与设计的虚拟人技术研究中。

关键词：艺术与设计虚拟人人体建模运动控制人群仿真虚拟感知与情感计算