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虚拟训练仿真中人的运动控制研究

杨友红  
【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已经成为一个必然的趋势。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,对其运动关节、自由度都做了不同程度的简化,并在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,而且与参数关键帧技术相结合,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向运动学分析。实现了虚拟训练仿真系统中虚拟手的简单运动模型。


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