虛擬環(huán)境中角色運動構(gòu)型空間和混合控制技術(shù)研究.pdf

1、上海交通大學(xué)博士學(xué)位論文虛擬環(huán)境中角色運動構(gòu)型空間和混合控制技術(shù)研究姓名：王江春申請學(xué)位級別：博士專業(yè)：計算機應(yīng)用技術(shù)指導(dǎo)教師：張申生20051101上海交通大學(xué)博士學(xué)位論文摘要在2％一17％。2人體共有200個以上的自由度，其運動非常復(fù)雜，實時獲取全部關(guān)節(jié)的運動數(shù)據(jù)是不困難的，通常的做法是通過一些專門設(shè)計的傳感器和跟蹤系統(tǒng)來獲取關(guān)鍵關(guān)節(jié)的運動數(shù)據(jù)，再通過復(fù)雜的運動學(xué)仿真來計算和推斷其他關(guān)節(jié)的活動數(shù)據(jù)。在這方面過去已經(jīng)有了大量的研究，也

2、提出了許多不同的角色運動控制模型。但這些專門設(shè)計的傳感器和跟蹤系統(tǒng)不僅價格昂貴，而且只能用于設(shè)計的特定場合，對通用的虛擬人行為控制研究并不適用。本文研究的是如何利用盡可能少的簡單設(shè)備來獲得少數(shù)關(guān)節(jié)的必要運動數(shù)據(jù)來計算和推斷其他關(guān)節(jié)的活動數(shù)據(jù)。對于簡單設(shè)備的運動輸入，通過適當(dāng)?shù)乃惴?例如Ⅸ)，可產(chǎn)生一定數(shù)量的關(guān)節(jié)運動數(shù)據(jù)。但這些算法自成體系，簡單設(shè)備得到的運動數(shù)據(jù)往往獨立性強，缺乏聯(lián)系，甚至沖突，它們的合成使用是本項目的重點研究內(nèi)容之一。

3、為了利用這些簡單輸入的各自數(shù)據(jù)優(yōu)勢，實現(xiàn)合成的目的，首先對角色運動加以分析。本研究提出了基于時空約束的動態(tài)特征，再通過專家判斷矩陣對動態(tài)特征進行排序；最后在動態(tài)特征的指導(dǎo)下，完成運動的參數(shù)化，得到參數(shù)化的標(biāo)準(zhǔn)動作。在參數(shù)化標(biāo)準(zhǔn)動作序列基礎(chǔ)上結(jié)合動態(tài)特征，定義時空約束，并設(shè)定相應(yīng)的目標(biāo)函數(shù)。求解這一非線性方程組，可以生成多種逼真的新運動。實驗結(jié)果表明此方法既可保留原始運動的運動屬性，又能生成多種滿足不同場景需求的全新動作，從而提高了運動數(shù)

4、據(jù)的重用性。然后，從角色運動控制模型角度進行研究。通過研究相關(guān)的角色運動控制體系，詳細分析了各個多層控制體系的特點。借鑒Pe廿u[Petriu2002】的基于運動控制抽象層次三層模型對角色控制層次進行了劃分，又受到聰明人模型[LiuY2003】分層獨立接收外界信息的啟發(fā)，提出了角色運動的實時層次混合控制模型。其多層數(shù)據(jù)導(dǎo)入框架使得預(yù)編輯的固定運動與實時控制產(chǎn)生的即時動作在不同控制層次上的融合成為可能。采用基于動態(tài)特征的多層混合控制運動融

5、合法完成運動融合。通過建立虛擬世界信息模型，對角色活動的環(huán)境進行了必要闡述。對于多層混合控制的多種適用情形，采用ECA規(guī)則對運動融合方法管理和組織。這樣，可以減少完成復(fù)雜運動時的外界控制輸入數(shù)量，降低外設(shè)要求，也有效滿足角色靈活控制和數(shù)據(jù)復(fù)用的需要。通過上述方案，建立了支持實時層次混合控制模型的角色運動庫。同時，在文末原型系統(tǒng)中，利用提出的角色運動的實時層次混合控制模型解決了實時控制下的手部靈活運動與離線預(yù)存儲的軀干固定運動的融合問題，