基于動(dòng)作捕捉的實(shí)時(shí)三維虛擬人運(yùn)動(dòng)仿真.pdf

1、為解決光學(xué)式、機(jī)械式、聲學(xué)式、電磁式動(dòng)作捕捉設(shè)備成本高、對(duì)動(dòng)作限制大和操作復(fù)雜等問題，人們提出了MEMS慣性傳感器的運(yùn)動(dòng)捕捉方式，具有操作簡單、成本低以及實(shí)時(shí)性高，能夠高效地獲取人體運(yùn)動(dòng)姿態(tài)等優(yōu)點(diǎn)。該方式在人體身上關(guān)鍵部位綁定多個(gè)無線慣性傳感器，通過無線信號(hào)傳送動(dòng)作捕捉的數(shù)據(jù)送到上位機(jī)的軟件平臺(tái)，經(jīng)姿態(tài)解算算法獲取慣性傳感器的三維朝向的信息，實(shí)時(shí)的生成人體運(yùn)動(dòng)姿態(tài)的數(shù)據(jù)，從而達(dá)到實(shí)時(shí)的控制三維虛擬人體骨骼模型運(yùn)動(dòng)的目的。
　　本文

2、主要研究基于慣性傳感器獲取人體運(yùn)動(dòng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行三維人體建模可控制仿真問題。在構(gòu)建虛擬人模型的時(shí)候，本文采用了3DS MAX建模軟件來完成對(duì)三維虛擬人物模型的創(chuàng)建；在基礎(chǔ)三維圖形繪制庫DirectX的底層API平臺(tái)上，實(shí)現(xiàn)對(duì)人體骨骼模型的加載，并編程實(shí)現(xiàn)對(duì)三維人物運(yùn)動(dòng)的實(shí)時(shí)繪制和姿態(tài)更新的實(shí)時(shí)控制。通過無線慣性傳感器對(duì)人體運(yùn)動(dòng)進(jìn)行捕獲能夠滿足虛擬人運(yùn)動(dòng)控制對(duì)準(zhǔn)確性、實(shí)時(shí)性的要求，同時(shí)明顯降低了動(dòng)作捕捉系統(tǒng)的成本以及使用的復(fù)雜度。
　　

3、本文采用了符合人體生物學(xué)特征的三維層次結(jié)構(gòu)的人體模型，并在對(duì)人體關(guān)節(jié)的活動(dòng)范圍進(jìn)行了約束的前提下完成了對(duì)三維樹狀層次人體骨骼模型的基本設(shè)計(jì)。在3ds max中創(chuàng)建了具有蒙皮的人體骨骼模型，并將其轉(zhuǎn)換為DirectX能夠讀取的X文件模型，為動(dòng)作捕捉系統(tǒng)提供了可以控制的人體模型。
　　為了讓本系統(tǒng)具有廣泛的應(yīng)用前景，本文采用了由微軟公司開發(fā)的在Windows平臺(tái)上的Direct3D軟件進(jìn)行圖形繪制；通過X文件加載網(wǎng)格數(shù)據(jù)中的人體骨骼層

4、次信息以及人體骨骼蒙皮的信息；在實(shí)時(shí)捕捉人體動(dòng)作時(shí)，根據(jù)MEMS傳感器采集到的人體骨骼的姿態(tài)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)的更新骨骼的變換矩陣信息，確定人體模型的每個(gè)骨骼的方向以及位置，達(dá)到了在DirectX中繪制三維虛擬人骨骼蒙皮動(dòng)畫的目的。
　　本文基于運(yùn)動(dòng)控制的原理介紹了人體運(yùn)動(dòng)姿態(tài)數(shù)據(jù)的基本表示方法，方向余弦矩陣、歐拉角、四元數(shù)及他們之間相互轉(zhuǎn)換。在本文中我們采用的是標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)動(dòng)捕捉文件格式 BVH，在這種文件中存放人體的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)即人體運(yùn)動(dòng)中各關(guān)節(jié)