【正文】 等，也將發(fā)揮越來越重要的作用。如：美國賓夕法尼亞大學(xué)人體仿真與建模中心(Center for Human Modeling and Simulation)，在 Badler 的領(lǐng)導(dǎo)下，研究包括參數(shù)化的關(guān)鍵幀技術(shù)在基于關(guān)節(jié)虛擬人的模型中的應(yīng)用、逆運動學(xué)的應(yīng)用、人體的平衡研究、脊骨的建模、行走模型的建立、運動捕獲的研究、人體的沖突檢測和糾正以及智能運動規(guī)劃問題[1][3]。近期他們提出了用自然語言控制虛擬人運動的方法——動作參數(shù)化表示法(PAR Parameterized Action Representation)[11]。北京航空航天大學(xué)的袁修干進行了人機工程仿真中人體運動的模擬[39][40]。中國科學(xué)院的王兆其進行了人體交互行為的研究，他所在的中國科學(xué)院計算技術(shù)研究所數(shù)字化技術(shù)研究室開發(fā)的 JointMotion 系統(tǒng)，使用一個傳感器與一只數(shù)據(jù)手套，來確定一只手的肩關(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié)、腕關(guān)節(jié)以及各手指的狀態(tài)，同時提供了一個基于 VRML的虛擬人顯示工具。本課題主要研究虛擬訓(xùn)練仿真系統(tǒng)中人的運動控制。本課題具體的研究內(nèi)容如下：1．虛擬人的幾何建模分析和研究了人體模型的表示方法：線框建模、實體建模、曲面建模以及基于物理的建模技術(shù)；并從中選擇了綜合了實體建模和曲面建模的優(yōu)點的分層虛擬人表示方法；分析了兩個重要的虛擬人表示標(biāo)準(zhǔn)：HAnim和MPEG4，為今后進一步的研究工作打下了基礎(chǔ)。3．虛擬人的運動控制研究了目前常用的虛擬人骨骼結(jié)構(gòu)的表示方法；從關(guān)鍵幀、運動學(xué)、動力學(xué)以及運動捕捉等不同角度對運動控制技術(shù)進行了深入分析與研究；提出一種參數(shù)關(guān)鍵幀和逆向運動學(xué)相結(jié)合的實時運動控制模型，并建立統(tǒng)一的動作數(shù)據(jù)表述形式，實現(xiàn)了動作的并行播放，為行為模型提供有一定柔性的實時運動控制方法。4．虛擬人行走模型的建立對虛擬人的行走運動的時間特性、特征參數(shù)以及運動階段進行了研究與分析；并把一個周期的運動分解為3個必須達到的序列動作，對這三個關(guān)鍵幀進行了詳細(xì)的設(shè)計；進一步設(shè)計了關(guān)鍵幀之間人體運動組態(tài)的內(nèi)插方式，以得到關(guān)鍵幀之間的所有幀數(shù)。并給出了行走運動的生理極限約束和簡單動力學(xué)約束；在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)了虛擬訓(xùn)練仿真系統(tǒng)中虛擬人的行走模型。7第一章 虛擬人物的模型的建立一級標(biāo)題：如“第一章 ”用黑體3號字居中放置。本文正是從虛擬人的幾何建模和運動建模這兩個方面生成這樣一個人體模型。本文從運動關(guān)節(jié)與運動自由度兩個角度對其進行了簡化，最終得到了一個15關(guān)節(jié)、34自由度的虛擬人簡化模型（不包括手掌部分）。虛擬人的幾何表達主要研究虛擬人在計算機生成空間中的幾何表示，它必須滿足虛擬人外觀與行為特性等方面逼真性的要求。本文僅限于討論人體部分的幾何造型。一、線框建模標(biāo)題之外的論述部分，一律用宋體小四號字排版。它是計算機圖形學(xué)CAD/CAM領(lǐng)域中最早用來表示形體的模型，并且至今仍在廣泛應(yīng)用。很多復(fù)雜的形體設(shè)計往往先用樣條勾畫出基本輪廓，然后逐步細(xì)化。使用線框建模的方法對人體建模時，它是將人體輪廓用線框圖形和關(guān)節(jié)表示，由于包含的信息有限，因此該建模方法在對人體建模時存在著如下嚴(yán)重的缺陷：1．有模糊性和歧義性：不能夠無二義性地表達三維人體；2．無法實現(xiàn)三維人體模型的自動消隱及真實感人體模型顯示；3．無法進行剖面操作。到20世紀(jì)70年代后期，實體建模技術(shù)在理論、算法和應(yīng)用方面才比較成熟。并且實體建模方法提供了人體幾乎所有的幾何和拓?fù)湫畔?，因此它可以支持對表達人體的消隱、真實感圖形顯示。該方法簡單易行，但對人體的表達是近似，因而很難反映出人體的宏觀幾何特征，并且由于體素間的集合運算涉及大量面與面之間的交貫運算，難免出現(xiàn)奇異的情況，有時計算精度有限帶來的幾何數(shù)據(jù)誤差，還會造成體素之間拓?fù)潢P(guān)系的紊亂，從而使運算不能進行下去。2．構(gòu)造實體幾何構(gòu)造實體幾何方法是通過簡單形體（如圓柱體、橢球體、球體等）的交、并、差集合運算來表達復(fù)雜人體外形，該表達方法可以用一棵二叉樹描述。但是該表達方法存在著多種構(gòu)造人體的表達方案，表示的人體模型也不夠逼真，很難表示人體的動態(tài)特性。3．多面體建模多面體建模是從構(gòu)造多面體開始，對多面體的任意一個面、棱邊、頂點進行局部修改，從而構(gòu)造一個與實體外形相似的多面體（即基本立體），然后通過類似于磨光的處理，自動產(chǎn)生自由曲面的控制頂點，并拼接成所需的形狀。用多面體建?？梢造`活地進行人體形狀設(shè)計。它主要研究具有一定光滑程度的曲面外形的數(shù)學(xué)描述。目前，曲面模型的研究主要分為兩個方面：一是曲線曲面的表示、設(shè)計、建模顯示等，二是與曲面設(shè)計方法相關(guān)的算法研究，如求交、等距、過渡、拼接、光順以及局部操作等。1971年法國Renault汽車公司的Bezier正式發(fā)表了一種由控制多邊形定義曲線的方法，這種方法使設(shè)計人員只需移動控制頂點就可以方便地修改曲線的形狀，而且形狀的變化完全在預(yù)料之中，因而得到廣泛的應(yīng)用，最初的的三維人體模型就采用了Bezier曲面模型，但是Bezier方法不具有局部特性，在設(shè)計復(fù)雜的人體曲面的過程中，存在著拼接方面的困難。在實際使用B樣條曲線曲面人體建模時，主要采用以下兩種具體的建模方法：1．特征化的曲面建模根據(jù)人體的整體結(jié)構(gòu)，將人體模型劃分為幾個基本的結(jié)構(gòu)特征。該方法的優(yōu)點在于：它使得人體模型的曲面建模更加靈活，可以針對人體模型不同部位的幾何特征，選擇最適合的曲面建模方法，而不必拘泥于某一種曲面表達方式。2．參數(shù)化的曲面建模參數(shù)化建模又稱為變量建模，它采用幾何約束來表達人體模型的形狀特征，從而獲得一簇在形狀上或功能上相似的設(shè)計方案。目前，參數(shù)化作為一種新的幾何建模發(fā)展方向，受到越來越多的重視，在許多大型通用的系統(tǒng)中都體現(xiàn)了參數(shù)化建模的思想。四、基于物理的建模技術(shù)傳統(tǒng)的人體建模技術(shù)經(jīng)歷了從線框建模、曲面建模到實體建模