文档介绍：第卷第期计算机技术与发展. .
年月.
虚拟人运动建模中的逆向运动学方法研究
马建晓,贺毅辉,夏凯,王明杰
.解放军理工大学指挥自动化学院,江苏南京;
.部队通信处,湖南怀化;
.南京军区通信网络技术管理中心,江苏南京
摘要:针对当前虚拟人运动建模中缺少环境约束这一问题,文中提出了一种基于环境约束的逆向运动学求解方法。主
要研究了在环境约束下,如何运用逆向运动学方法使人体的步行运动更加真实直观。首先提出了人体的层次结构模型和
关节模型,其次对算法的实现方法进行分析,最后结合算法提出一种在环境约束下调整人体步行运动的方法。
解决了运动捕捉方法中动作单一的问题,使虚拟人能够根据环境信息调整现有的动作,最终能够使虚拟人在平坦地面的
运动和上下台阶运动都更加灵活真实。
关键词:虚拟人;逆向运动学;算法;步行运动
中图分类号: 文献标识码: 文章编号:———

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引言法。关键帧方法虽然简单直观,但是由于三维人体
虚拟人是完全由计算机生成的, 运动极其复杂,一般都有几十个自由度,要绘制出每个
看起来像真人的图形实体,是人在虚拟环境中的几何关键帧姿态下的每个自由度的参数是非常繁琐和困难
特性与行为特性的表示。近年来在机械工程、动画、空的。运动捕捉方法通过捕获现实中人的运动数据来
间探索和军事训练等虚拟环境中,对虚拟人运动行为实现虚拟人的运动,能够较真实地复现人的运动。但
的仿真及其性能效果的评估变得越来越重要⋯。在虚是运动捕获方法获得的运动数据只能实现一种特定的
拟人的各项研究中,运动控制研究是其中的一个重要运动,不能实现虚拟人丰富的运动姿态。动力学方法
方面。通过给出人体各个关节所受的力和力矩来确定三维人
目前,常用的虚拟人运动建模方法有关键帧方体的运动,生成的运动较符合物理规律。但其数据计
法、运动学方法、动力学方法和运动捕捉方算困难且交互性差。运动学方法主要分为正向运动学
和逆向运动学⋯。逆向运动学方法通过给定虚拟人运
收稿日期:——;修回日期:
动关节末端效应器的位置来反求出其它关节点的运动
基金项目:总参重点科研项目解放军理工大学年号
信息,实现虚拟人的运动。逆向运动学方法在虚拟人
作者简介:马建晓一,男,河南汝阳人,硕士研究生,研究方向
为虚拟现实、系统仿真。运动控制领域有着广泛的应用。
第期马建晓等:虚拟人运动建模中的逆向运动学方法研究· ·
文中首先分析了虚拟人的运动学模型,然后讨论成根关节的平移运动和其它关节的旋转运动。
了现有的一种逆向运动学求解算法一循环坐标下降. 关节模型
,算法,并结合此算法关节连接着人体各个运动部位,是人体运动的枢
提出了一条解决人体步行运动和上下台阶运动的思纽和使人体能够正常运动的重要器官。在人体建模
路,使人体在环境条件约束下,灵活改变和调整运动, 中,关节一般被模拟为球铰。但人体关节实际活动范
做出相对真实的动作。围受到人体运动生理上的限制,并没有球铰链那样的
自由度。因此在构建关节模型时必须明确人体各关节
虚拟