流体环境下人体运动仿真系统的的分析研究.pdf

分类号密级 UDC 注1 学位论文流体环境下人体运动仿真系统的研究(题名和副题名) 秦富春(作者姓名) 指导教师卢光辉电子科技大学成都(姓名、职称、单位名称) 论文答辩日期 学位授予单位和日期电子科技大学2014年6月29日答辩委员会主席评阅人注1:注明《国际十进分类法UDC》的类号。 Study on the system of human motion simulation in the fluid environment A Master Thesis Submitted to University of Electronic Science and Technology of China Major: Computer Application Technology Author: FuChun Qin Advisor: GuangHui Lu School: School puter Science and Engineering 独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知,除了文中特别加以标注和致谢的地方外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。作者签名: 日期: 年月日论文使用授权本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文的规定,有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘, 允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。(保密的学位论文在解密后应遵守此规定) 作者签名: 导师签名: 日期: 年月日摘要 I 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。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 ABSTRACT II ABSTRACT At present, Three-dimensional computeranimation isthe focus puter research. The technologyof human motionsimulation is applied tovarious of this studyis to achieve simulation systemof human motion in thefluid environment, due to limitationsof hardwareconditions, real-time simulation systemstillis a difficult research in domestic and international. The purpo