基于动作捕捉的实时三维虚拟人运动仿真

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1、分类号：密级：UDC：编号：工学硕士学位论文基于动作捕捉的实时三维虚拟人运动仿真硕士研究生：白春娜指导教师：王科俊教授学科、专业：检测技术与自动化装置论文主审人：冯伟兴教授哈尔滨工程大学2014年3月万方数据万方数据分类号：密级：UDC：编号：工学硕士学位论文基于动作捕捉的实时三维虚拟人运动仿真硕士研究生：白春娜指导教师：王科俊教授学位级别：工学硕士学科、专业：检测技术与自动化装置所在单位：自动化学院论文提交日期：2013年12月论文答辩日期：2014年3月学位授予单位：哈尔滨工程大学万方数据万方数据C

2、lassifiedIndex:U.D.C:ADissertationfortheDegreeofM.EngReal-time3DVirtualHumanMotionSimulationBasedonMotionCaptureCandidate:BaiChunnaSupervisor:Prof.WangKejunAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpecialty:DetectionTechnologyandAutomationDeviceDateof

3、Submission:December,2013DateofOralExamination:March,2014University:HarbinEngineeringUniversity万方数据万方数据哈尔滨工程大学学位论文原创性声明本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出，并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确

4、方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者(签字)：日期：年月日哈尔滨工程大学学位论文授权使用声明本人完全了解学校保护知识产权的有关规定，即研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于哈尔滨工程大学。哈尔滨工程大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件。本人允许哈尔滨工程大学将论文的部分或全部内容编入有关数据库进行检索，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文，可以公布论文的全部内容。同时本人保证毕业后结合学位论文研究课题再撰写的论文一律注明作者第一署名单位为哈尔滨工程

5、大学。涉密学位论文待解密后适用本声明。本论文(□在授予学位后即可□在授予学位12个月后□解密后)由哈尔滨工程大学送交有关部门进行保存、汇编等。作者(签字)：导师(签字)：日期：年月日年月日万方数据万方数据基于动作捕捉的实时三维虚拟人运动仿真摘要为解决光学式、机械式、声学式、电磁式动作捕捉设备成本高、对动作限制大和操作复杂等问题，人们提出了MEMS惯性传感器的运动捕捉方式，具有操作简单、成本低以及实时性高，能够高效地获取人体运动姿态等优点。该方式在人体身上关键部位绑定多个无线惯性传感器，通过无线信号传送动

6、作捕捉的数据送到上位机的软件平台，经姿态解算算法获取惯性传感器的三维朝向的信息，实时的生成人体运动姿态的数据，从而达到实时的控制三维虚拟人体骨骼模型运动的目的。本文主要研究基于惯性传感器获取人体运动的数据进行三维人体建模可控制仿真问题。在构建虚拟人模型的时候，本文采用了3DSMAX建模软件来完成对三维虚拟人物模型的创建；在基础三维图形绘制库DirectX的底层API平台上，实现对人体骨骼模型的加载，并编程实现对三维人物运动的实时绘制和姿态更新的实时控制。通过无线惯性传感器对人体运动进行捕获能够满足虚拟人

7、运动控制对准确性、实时性的要求，同时明显降低了动作捕捉系统的成本以及使用的复杂度。本文采用了符合人体生物学特征的三维层次结构的人体模型，并在对人体关节的活动范围进行了约束的前提下完成了对三维树状层次人体骨骼模型的基本设计。在3dsmax中创建了具有蒙皮的人体骨骼模型，并将其转换为DirectX能够读取的X文件模型，为动作捕捉系统提供了可以控制的人体模型。为了让本系统具有广泛的应用前景，本文采用了由微软公司开发的在Windows平台上的Direct3D软件进行图形绘制；通过X文件加载网格数据中的人体骨骼层

8、次信息以及人体骨骼蒙皮的信息；在实时捕捉人体动作时，根据MEMS传感器采集到的人体骨骼的姿态数据实时的更新骨骼的变换矩阵信息，确定人体模型的每个骨骼的方向以及位置，达到了在DirectX中绘制三维虚拟人骨骼蒙皮动画的目的。本文基于运动控制的原理介绍了人体运动姿态数据的基本表示方法，方向余弦矩阵、欧拉角、四元数及他们之间相互转换。在本文中我们采用的是标准运动捕捉文件格式BVH，在这种文件中存放人体的运动数据即人体运动中各关节的欧拉角分量。实验