关键词:
人体运动系统
人体流体交互系统
人体运动路径规划
拉格朗日动力系统
耦合面
状态集
摘要:
计算机三维动画是现在计算机的研究重点,其中,人体运动仿真技术被引用到了各个领域中。本文的研究重点在于实现流体环境下人体运动的仿真系统,由于硬件条件的限制,仿真系统的实时性仍是国内外研究的难点。本文的研究目的在于保证仿真效果的真实性下,尽力提高仿真效率,如果仿真效率遇到瓶颈,可以适当降低计算的精确度以提高仿真效率。本文在铰链体动画的基础上,建立人体运动仿真模型,实现了人体与流体的交互过程,并且控制人体在流体环境下进行运动。人体模型为树形结构,子链间满足父子链关系,通过仿真系统控制子链间的运动关系。本文通过一种基于耦合面的方法,研究了流体与人体的相互作用力。本文通过三维的A*算法计算得到人体运动的目标路径,并根据设定的状态改变量和相应的选择算法,研究了人体在流体环境下的运动路径。本文对常规方法的改进主要体现在三个方面,本文对耦合面的传递算法进行了改进,使得交互仿真性能得到提高;本文对加速度的计算公式进行了改进,使得速度更加平稳;本文对流体环境下人体的寻径算法进行了改进,使人体的运动状态种类更多,仿真效果更好。因为耦合面的数量巨大,矩阵计算的复杂度较高,本文提出了一种基于采样的方法,降低了耦合面的传递数量,对剩余耦合面进行插值计算。进一步的,考虑了流体的粘滞阻力,将速度计算公式由线性计算公式改进为非线性计算公式,然后对公式的收敛性进行了证明,随后本文提出基于视觉空间的状态选择算法,并对仿真系统的整体实现与测试进行了介绍,对其中一些关键模块的实现与接口的定义进行了阐述,详细介绍了仿真系统与渲染系统两个部分。最后,本文对系统的测试效果进行验证,并且对目前的研究成果进行了总结,以及对将来进一步工作的展望。