基于掃描數(shù)據(jù)的個(gè)性化動(dòng)態(tài)數(shù)字人體模型生成方法研究.pdf

1、數(shù)字人體模型作為計(jì)算機(jī)輔助人體工學(xué)領(lǐng)域重要的工具，可應(yīng)用于產(chǎn)品與系統(tǒng)設(shè)計(jì)、工效學(xué)分析、性能評(píng)估與故障診斷等。傳統(tǒng)的數(shù)字人體建模技術(shù)多采用參數(shù)化手段，建模過程需要人體尺寸統(tǒng)計(jì)學(xué)規(guī)律作為外部約束條件，并需要建立龐大的人體模板數(shù)據(jù)庫(kù)，存在開發(fā)周期長(zhǎng)、成本高昂且難以保證模型逼真度等問題。近年來，隨著三維測(cè)量技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了基于三維人體掃描數(shù)據(jù)的建模方式，此類方法無需外部約束條件或人體模板，構(gòu)建的模型具有較高的逼真度。
　　目前，基于掃描

2、數(shù)據(jù)所生成的模型多不具備運(yùn)動(dòng)性能或運(yùn)動(dòng)性能較差。針對(duì)該問題，本文提出了一種基于掃描數(shù)據(jù)的個(gè)性化數(shù)字人體運(yùn)動(dòng)模型生成方法，該方法包括模型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與模型構(gòu)建兩部分。
　　首先，介紹了數(shù)字人體模型結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法。整個(gè)模型為骨架-皮膚雙層結(jié)構(gòu)：內(nèi)層的骨架模型為鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)，具有多個(gè)關(guān)節(jié)與自由度，用于整個(gè)模型的運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)；外層的皮膚模型由三角網(wǎng)格組成，用于表達(dá)模型的體表信息。模型的運(yùn)動(dòng)控制分為兩部分：對(duì)骨架模型進(jìn)行剛性變形控制；對(duì)皮膚模型采用剛性

3、變形與局部變形結(jié)合的變形控制方法。
　　其次，介紹了數(shù)字人體模型的構(gòu)建方法。通過從掃描數(shù)據(jù)中提取的人體骨骼特征點(diǎn)計(jì)算骨架模型的各關(guān)節(jié)位置，生成骨架模型。以骨架模型的各骨骼段為單位，將外部掃描數(shù)據(jù)分段，篩選出各段掃描數(shù)據(jù)中的特定位置、特定數(shù)量的數(shù)據(jù)點(diǎn)構(gòu)造該骨骼段的外部皮膚網(wǎng)格。
　　最后，介紹了基于本文所提方法的數(shù)字人體模型生成軟件。該軟件可實(shí)現(xiàn)數(shù)字人體模型的生成、運(yùn)動(dòng)控制與圖形化顯示。利用該軟件完成了數(shù)字人體模型構(gòu)建實(shí)驗(yàn)并對(duì)