基于動作捕捉的實時三維虛擬人運動仿真.pdf

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

2、主要研究基于慣性傳感器獲取人體運動的數(shù)據(jù)進行三維人體建?？煽刂品抡鎲栴}。在構(gòu)建虛擬人模型的時候，本文采用了3DS MAX建模軟件來完成對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平臺上，實現(xiàn)對人體骨骼模型的加載，并編程實現(xiàn)對三維人物運動的實時繪制和姿態(tài)更新的實時控制。通過無線慣性傳感器對人體運動進行捕獲能夠滿足虛擬人運動控制對準確性、實時性的要求，同時明顯降低了動作捕捉系統(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，并在對人體關(guān)節(jié)的活動范圍進行了約束的前提下完成了對三維樹狀層次人體骨骼模型的基本設(shè)計。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平臺上的Direct3D軟件進行圖形繪制；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；在實時捕捉人體動作時，根據(jù)MEMS傳感器采集到的人體骨骼的姿態(tài)數(shù)據(jù)實時的更新骨骼的變換矩陣信息，確定人體模型的每個骨骼的方向以及位置，達到了在DirectX中繪制三維虛擬人骨骼蒙皮動畫的目的。
　　本文基于運動控制的原理介紹了人體運動姿態(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準運動捕捉文件格式 BVH，在這種文件中存放人體的運動數(shù)據(jù)即人體運動中各關(guān)節(jié)