基于国际人体测量学数据的虚拟人建模技术研究

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1、国内图书分类号：TP391．41国际图书分类号：004西南交通大学研究生学位论文密级：公开年级三雯二二姓名题望测申请学位级别亟±专业鱼曼皇鱼=皇处理指导老师堡进二零一四年六月六日ClassifiedIndex：TP391．41U．D．C：004SouthwestJiaotongUniversityMasterDegreeThesisRESEAI己CHONVIRTUALHUMANMODELINGTECHNOLOGYBASEDONCHINESEANTHROPOMETRYD夕ⅡAGrade：2011Candidate：qiFuzhouAcademicDegreeAppliedfor：MasterD

2、egreeSpeciality：SignalandInformationProcessingSupervisor：HouJin西南交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权西南交通大学可以将本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、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1．保密口，在年解密后适用本授权书；2．不保密d，使用本授权书。(请在以上方框内打“-4”)指导老师签日期：p，驴．∥．30槲勿名p．雠叶豁矽作瓢划瑚酗日位掌

3、西南交通大学硕士学位论文主要工作(贡献)声明本人在学位论文中所做的主要工作或贡献如下：1．构造了具有国标人体测量学数据特征的人体皮肤模型通过对GB10000．88的人体测量学数据进行统计分析，选取了处于18～60年龄段第50百分位的19个男性人体形态的特征参数，作为虚拟人建模的标准数据，并由3dsMax软件经过拓扑建模，构造出了具有国标人体测量学数据特征的人体皮肤模型。2．建立了可实时编辑与控制的人体关节运动层次模型根据H—Ao．im(HumanoidAnimation)标准简化了人体的关节结构，通过对其进行层次化分析，建立了关节链结构，结合关节的自由度限制及生理运动约束，利用四元数来表示关

4、节的运动姿态、四阶矩阵表示关节的运动变换，使用几何层级建模方法，完成了人体关节运动层次建模。3．实现了双层虚拟人体模型动画通过将关节模型与皮肤网格数据进行尺寸和姿态的匹配，使用最小二乘法获得关节的影响范围及相应权值，再对顶点混合插值算法所产生的皮肤塌陷进行深入分析，重新计算其旋转中心，并结合四元数球面混合插值方法，完成了将动态的关节链结构与静态的皮肤网格融合为一个双层虚拟人体模型，实现了由底层的关节模型驱动表层的皮肤网格运动，形成了真实自然的虚拟人动画。通过实验验证了该方案的合理性、有效性和可控性，有利于对虚拟人角色进行建模、皮肤变形和实时运动仿真。本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指

5、导下独立进行研究工作所得的成果。除文中己经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明。本人完全了解违反上述声明所引起的一切法律责任将由本人承担。学位论文作者签名：馥狰≥争日期：训牛．fj口西南交通大学硕士研究生学位论文第1页摘要随着虚拟现实技术和计算机动画的快速发展，虚拟人作为用户在虚拟空间的化身，得到了人们的广泛关注，我们可在虚拟试衣、QQ3D秀、虚拟训练、人机工效学分析软件(如Jack、Ramsis)中看到它的身影。虚拟人建模作为虚拟人技术的重要组成部分，它主要解决如何有效地将人体的几何特征进行数字

6、化表示的问题。现有的方法主要是利用人体解剖切片、图像、视频序列、三维扫描等数据进行人体建模。得到逼真的人体模型。但这些方法表示的人体模型中存在着大量的繁冗信息，使其很不利于对虚拟人进行实时运动控制及应用。因此，如何使用少量的数据点构建出一个逼真的、可实时运动编辑及控制的三维虚拟人体模型是本文研究的重点。本文的研究目标是提出一种基于国标人体测量学数据的三维虚拟人建模方案，实现由底层的关节模型驱动表层的皮肤网格运动、形成真实自然的虚拟人动画。首先，对GB10000．88的人体测量学数据进行数理分析，选取了处于18～60年龄段第50百分位的19个男性人体的形态特征参数，作为虚拟人建模的标准数据；其

7、次，通过3dsMax软件进行拓扑建模，构造出虚拟人的皮肤网格模型；然后，通过对人体关节的层次化分析，建立了关节链结构，并结合关节的运动约束，使用几何层级建模方法，构建了可实时编辑与控制的关节运动模型；最后，将关节模型与皮肤网格数据进行匹配，同时与关节的影响范围、权值计算和四元数球面混合插值技术相结合，实现了动态的关节结构与静态的皮肤网格融合为一个双层虚拟人模型。实验结果表明，所建的具有国标人体测量学数据特征的