大庆石油学院硕士研究生学位论文 II 虚拟训练仿真中人的运动控制研究摘要虚拟训练仿真是指基于虚拟现实技术的训练仿真,是实际训练过程在计算机上的映射。随着虚拟现实技术的日趋成熟,将虚拟人“嵌入”虚拟训练仿真的环境中去,作为受训人员在虚拟环境中存在的表示。这样受训人员可以与虚拟环境中的虚拟人进行交互,沉浸于其中,进行学习和训练。本文分析和研究了人体模型的表示方法,并从中选择了综合了实体建模和曲面建模的优点的分层虚拟人表示方法;把虚拟人看成一个多刚体系统,对各关节的自由度进行了分析,此基础上建立了适用于虚拟训练仿真系统的最小人体模型。该模型由 15个关节、 34个运动自由度(均不包括手掌部分)所组成。研究了目前常用的虚拟人骨骼结构的表示方法,提出了一种参数关键帧和逆向运动学相结合的实时运动控制模型;逆向运动学方法可以实时模拟四肢的准确运动,而且与关键帧技术相结合,可以充分利用已有的大量动作数据资源生成逼真的动作效果。在此控制方法的基础上实现了虚拟训练仿真系统中虚拟人的行走模型、爬梯子模型。本文提出了虚拟训练仿真系统的最简人手控制模型(以右手为例,它由 6个关节、 14个运动自由度组成)。并对虚拟手的拇指部分和一般手指部分分别进行了逆运动学分析。实现了虚拟训练仿真系统中虚拟手的简单运动模型。关键词: 虚拟训练仿真,虚拟人,多刚体系统,运动控制技术,逆向运动学大庆石油学院硕士研究生学位论文 III A Study On Motion Control Of Virtual Human In Virtual Training Simulation System ABSTRACT virtual training simulation is training simulation based on virtual reality technique,which is puter mapping to the taining process. As the virtual technique became more and more mature,virtual human will be embedded in the environment of virtual training simulation, as the expresstion the trainee in the environment of virtual can interact with virtual human in the virtual environment,immersing in it,studying and training. The expressing method of human body model are analyzed and studied in this paper,and selected Keywords: virtual training simulation, virtual human, multi-rigid-body system, motion control technology, Inverse Kinametics 大庆石油学院硕士研究生学位论文 IV 创新点摘要本文主要研究的是虚拟训练仿真系统中人的运动控制,其创新点如下: ,提出了适用于虚拟训练仿真系统的由 15个关节、 34 个运动自由度(均不包括手掌部分)所组成的最小人体模型。该模型只保留适于虚拟训练仿真系统的运动自由度,极大程度减小了运算的复杂度。同时,提出了适用于虚拟训练仿真系统的由 6 个关节、 14 个运动自由度(一只手)所组成的最小虚拟人手模型。 2 .提出一种参数关键帧和逆向运动学相结合的实时运动控制方法。将虚拟训练仿真系统中人的行走及爬梯子运动分为三个关键帧,并对于任意两个运动关键帧利用三次 Bezier 曲线进行插值生成过渡帧, 然后利用逆向运动学求解满足约束条件的下肢关节的空间位置。并在此基础上实现了虚拟训练仿真系统中虚拟人的行走模型、爬梯子模型以及虚拟手的简单运动模型,验证了本文所提出的运动控制方法的可靠性。 3 .考虑到虚拟训练仿真系统模型的复杂度高、运算量大等问题,所以本文把一个周期的运动的必达状态尽量减少,分解为 3个必须达到的关键帧状态。实验证明,这样做极大程度地减小了运算的复杂度,很适于虚拟训练仿真中人的运动求解。另外,本文选择 Bezier 曲线控制摆动脚踝的运动轨迹。用这种近似的方法描述关节的运动轨迹得到的运动效果很逼真,实验证明,这种描述方法对虚拟训练仿真中人的运动控制是非常有效的。大庆石油学院硕士研究生学位论文目录学位论文独创性声明...........
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