学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示
反应跟随性人体动画生成研究
作 者: 唐冰
导 师: 潘志庚
学 校: 浙江大学
专 业: 计算机科学与技术
关键词: 虚拟人 人体动画 运动捕获 物理建模 动力学 物理模拟 运动合成 反应运动
分类号: TP391.41
类 型: 博士论文
年 份: 2006年
下 载: 393次
引 用: 5次
阅 读: 论文下载
内容摘要
随着虚拟现实、三维游戏、数字娱乐等行业对人体动画需求的增加,人们不仅要求生成的人体动画自然、可控,而且希望虚拟人能对不可预料的外部扰动做出真实的反应。如何提高虚拟人运动的物理真实感,准确地反应外界冲击的大小和方向,实时地响应外界交互是生成反应跟随性人体动画的关键所在。针对上述问题,本文分别对人体站立受扰平衡维持、基于数据驱动的反应运动合成、基于混合控制的反应运动生成和人体行走受扰平衡维持进行了深入的研究,提出了相应的控制策略和模型,并对传统的算法作了改进。 在人体站立受扰平衡恢复的研究上,本文提出了分别从矢状面和额状面来分析和计算人体在站立受扰时的平衡恢复问题。本文根据生物力学的研究结果,建立了基于双倒立摆的人体动力学模型,并使用比例微分控制器近似模拟肌肉力的作用来驱动虚拟人运动。在髋和踝关节的控制策略下,控制器产生的力矩使虚拟人身体质心位于支撑区域。通过身体摆动,虚拟人可以抵消作用在其身上的外力,最后恢复到平衡状态。本文还提出了采用启发式调节增益值的方法,减轻了调节增益值的繁重负担。 在基于数据驱动的反应运动合成上,本文提出了采用动量扰动与空间姿态比较相结合的运动搜索算法。传统方法:往往只考虑运动姿态在数值上的相似性来合成运动,忽略了动量变化带来的影响,因此合成的运动缺乏真实感而且计算量大。本文利用运动捕获时真实人与运动合成中虚拟人受外力作用后引起的动量变化的相似性,提出的基于动量的搜索算法能更准确地从数据库中搜索出合适的运动序列以响应外力作用。为了提高运动搜索的速度,本文还采用了近似最近邻搜索算法(Approximate Nearest Neighbor,ANN)和骨骼结构的层次细节降低数据库维度的方法。实验结果表明,本算法可以很好地模拟虚拟人对用户输入的虚拟外力做出及时反应。 在基于混合控制的反应运动生成上,本文提出了基于并行模拟机制的轨迹预测方法。物理模拟与运动捕获数据相结合的混合控制方法已经成为生成反应跟随性人体动画的一种有效手段。其中,虚拟人在物理模拟下运动轨迹的预测是实现运动光滑过渡的关键。传统的方法通常采用类似于电影胶片倒带机制来预测虚拟人的运动轨迹,然后再重新模拟一次。因此,采用这种方法只能处理接触时间非常短暂、单次触发的事件。本章提出的并行模拟的方法可以模拟连续、多次接触的反应运动。实验结果表明本文的算法比传统的方法更有效,可以实时地模拟虚拟人连续遇到障碍物后摔倒、爬起来的运动以及被对手推、打后做出的及时反应。为了使生成的虚拟人运动更加逼真,本文还提出了基于生物力学的姿态调整,采
|
全文目录
独创性声明 3 学位论文版权使用授权书 3-4 摘要 4-6 Abstract 6-8 目录 8-11 第一章 绪论 11-25 1.1 人体动画的发展 12-14 1.2 人体动画基本模型 14-16 1.3 人体运动控制技术 16-18 1.3.1 运动学控制方法 16 1.3.2 动力学控制方法 16-17 1.3.3 动力学控制器 17 1.3.4 运动捕获技术 17-18 1.4 反应跟随性人体动画生成技术 18-21 1.4.1 数据驱动 18-19 1.4.2 物理模拟 19-20 1.4.3 混合控制 20-21 1.5 本文工作和论文组织 21-25 第二章 人体站立受扰平衡维持 25-41 2.1 引言 25-28 2.1.1 人体平衡生理机理 26 2.1.2 人体平衡功能评估 26-28 2.1.3 人体受扰平衡策略 28 2.2 研究背景 28-31 2.2.1 现有的人体平衡控制方法 28-30 2.2.2 人体平衡控制的难点 30-31 2.3 人体动力学建模 31-33 2.3.1 动力学模型 31-32 2.3.2 动力学方程 32-33 2.4 物理模拟 33-38 2.4.1 运动控制 33-34 2.4.2 平衡控制 34-38 2.5 实验结果 38-40 2.6 小结 40-41 第三章 基于数据驱动的反应运动合成 41-57 3.1 引言 41-45 3.1.1 相关工作 41-43 3.1.2 要解决的问题和我们的方法 43-45 3.2 算法原理 45-48 3.2.1 人体模型动力学映射 45-46 3.2.2 动量估算 46-47 3.2.3 系统流程 47-48 3.3 算法实现 48-53 3.3.1 标准化外界干扰 48 3.3.2 运动数据捕获与预处理 48-49 3.3.3 运动选择 49-50 3.3.4 基于 ANN的快速搜索算法 50-52 3.3.5 运动平滑 52-53 3.4 实验结果 53-55 3.5 小结 55-57 第四章 基于混合控制的反应运动生成 57-73 4.1 引言 57-61 4.1.1 相关工作 58-60 4.1.2 要解决的问题与我们的方法 60-61 4.2 算法原理 61-62 4.2.1 并行模拟流程 61-62 4.2.2 系统组成 62 4.3 运动搜索 62-64 4.3.1 基于物理模拟的运动轨迹预测 63 4.3.2 运动选择 63-64 4.4 反应跟随性人体运动生成 64-68 4.4.1 建立动力学模型 64-65 4.4.2 连续姿态控制 65-66 4.4.3 基于生物力学的调整 66-68 4.5 实验结果 68-72 4.5.1 意外绊倒 68-69 4.5.2 意外推倒 69-70 4.5.3 拳击运动 70-72 4.6 小结 72-73 第五章 人体行走受扰平衡维持 73-85 5.1 引言 73-76 5.1.1 动态平衡评估 74-75 5.1.2 相关研究 75-76 5.2 算法概述 76-77 5.3 平衡校正 77-80 5.3.1 轨迹计算 78 5.3.2 ZMP轨迹校正 78-79 5.3.3 运动校正 79-80 5.4 实验结果 80-81 5.5 小结 81-85 第六章 总结和展望 85-91 6.1 本文的研究成果 85-87 6.2 未来的工作 87-91 参考文献 91-101 作者在攻读博士学位期间参加科研项目与完成论文情况 101-103 致谢 103-104
|
相似论文
- 武术散打运动之时空控制研究,G852
- 交互式虚拟人运动生成与控制算法研究,TP242
- 基于学习的逆向运动学人体运动合成,TP391.41
- 虚拟人运动合成技术及其工程应用研究,TP391.41
- 基于虚拟人的汽车人机工程评价关键技术研究,TB18
- 密封型双螺杆泵转子设计与加工技术研究,TH327
- 数据驱动的角色动画关键技术研究,TP391.41
- 音乐驱动的舞蹈动画,TP391.41
- 运动合成算法的研究与实现,TP391.41
- 基于运动捕捉数据的人体运动编辑与合成技术研究,TP391.41
- 计算机动画中运动生成与控制问题研究,TP391.41
- 超音速聚合射流氧枪射流特性的基础研究,TF341
- 楞古水电站唐古栋巨型滑坡成因机制及稳定性研究,P642.22
- 顶吹吹炼过程分散相在连续相中分布的研究,TF701.3
- 连铸过程中钢包底吹氩新工艺的物理模拟,TF777
- 板坯结晶器流场优化数值与物理模拟研究,TF777
- 模拟油藏条件下激活剂运移与微生物生长调控实验研究,TE39
- Mg-5.21%Li-3.44%Zn-0.32%Y-0.01%Zr型镁锂合金热变形物理过程的数值模拟,TG146.22
- 石油钻杆管端加厚成形数值模拟研究,TE921.2
- 复杂构造地区高精度地震观测系统设计及其应用,P631.4
中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 计算机的应用 > 信息处理(信息加工) > 模式识别与装置 > 图像识别及其装置
© 2012 www.xueweilunwen.com
|