基于肌肉的人體運動合成仿真研究.pdf

1、近年來計算機技術(shù)取得了飛速地進步，同時虛擬現(xiàn)實技術(shù)更是家喻戶曉。在游戲、影視娛樂、醫(yī)療以及軍事領(lǐng)域更是得到了廣泛的應(yīng)用，既豐富了人們的生活，又給人們的生活帶來了極大的便利。因此如何在虛擬環(huán)境中模擬出更加逼真的人體模型以及人體運動具有很高得研究價值。
　　人體運動合成技術(shù)涉及到人體解剖學(xué)，計算機圖形學(xué)，人體運動學(xué)，計算機學(xué)等眾多學(xué)科的知識，極其具有挑戰(zhàn)性與復(fù)雜性。本文在對人體運動系統(tǒng)進行了深入分析的基礎(chǔ)上，確定了可以反應(yīng)人體真實結(jié)構(gòu)

2、的主要骨骼，以及對人體運動起到關(guān)鍵作用的關(guān)節(jié)點和肌肉。在充分考慮真實性和可操作性的前提下建立了基于解剖學(xué)的人體幾何模型，包括骨骼，關(guān)節(jié)以及肌肉。其次對人體運動系統(tǒng)進行了層次化結(jié)構(gòu)表示，并對關(guān)節(jié)按照自由度的不同進行了分類，同時對關(guān)節(jié)的運動進行了數(shù)學(xué)建模，對關(guān)節(jié)繞坐標軸的旋轉(zhuǎn)采用矩陣表示，而關(guān)節(jié)繞任意軸的旋轉(zhuǎn)則使用四元數(shù)表示。然后通過選取主要關(guān)節(jié)處解剖學(xué)特征點，建立了腕關(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié)、肩關(guān)節(jié)、髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)、踝關(guān)節(jié)的局部坐標系。通過建立局部坐

3、標系間的映射關(guān)系，實現(xiàn)了骨骼段之間的動態(tài)綁定。最后對運動捕獲數(shù)據(jù)進行了解析，為了將運動數(shù)據(jù)作用到本文建立的人體幾何模型上，確定了比例因子實現(xiàn)人體模型的匹配。按照運動捕獲數(shù)據(jù)記錄的運動信息，接著運用逆向運動學(xué)求解了關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)角度，并用多剛體運動學(xué)與動力學(xué)公式對運動學(xué)參數(shù)進行了求解，通過施加空間力學(xué)平衡約束得到了有效的人體運動約束機制，完成了人體運動仿真。
　　仿真結(jié)果表明，本文對于人體運動的仿真，滿足牛頓運動定律，效果更加的真實，自