反應式虛擬人運動控制研究.pdf

1、目前，虛擬人運動是虛擬現(xiàn)實的一個重要分支，被廣泛用于影視制作、游戲娛樂、軍事仿真、醫(yī)療等領域，隨著計算機技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對虛擬人運動的要求不僅局限于高度的真實感，更希望虛擬人能靈活地與外界環(huán)境交互。如何生成具有物理真實感的虛擬人運動，對外界擾動力的大小和方向做出正確反應，實時地響應外界環(huán)境交互是反應式虛擬人運動控制的關(guān)鍵所在。針對上述問題，本文從以下四個方面對反應式虛擬人的運動控制展開研究。
　　首先對虛擬人的模型進行研究，由

2、于人體關(guān)節(jié)眾多，不利于虛擬人的運動計算，基于H-Anim模型建立簡化的虛擬人模型。該模型忽略了人體的肌肉及皮膚，保留17個關(guān)節(jié)點，只考慮骨骼的運動。選用四元數(shù)代替歐拉角表示關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)避免萬向節(jié)死鎖，并研究歐拉角和四元數(shù)之間的相互轉(zhuǎn)換。簡化的虛擬人模型能夠較好的保留人體特點，對人體進行逼真的模擬，為研究虛擬人的運動控制提供基礎。
　　其次，基于動力學理論根據(jù)各個關(guān)節(jié)期望旋轉(zhuǎn)角度和實際旋轉(zhuǎn)角度的差異，利用PD控制器控制各個關(guān)節(jié)所要施加的

3、扭矩大小，進而驅(qū)動整個骨架的運動。利用有限狀態(tài)機對行走步態(tài)進行建模，設計有限狀態(tài)機各目標狀態(tài)的參數(shù)，實現(xiàn)虛擬人走路和跑步運動的動力學模擬。
　　再次，為了實現(xiàn)反應式虛擬人各運動的過渡跳轉(zhuǎn)，研究虛擬人運動控制中的運動連接技術(shù)，采用插值方法完成多個運動序列的連接，實現(xiàn)多個運動的平滑過渡。對于運動類型相同的運動連接和運動類型不同的運動連接，分別采用重疊插值方法和平滑過渡方法處理。
　　最后，分別對兩種反應式動作，平衡動作和躲避動作