探索三维虚拟人行为控制关键技术的研究

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1、天津大学博士学位论文三维虚拟人行为控制关键技术的研究姓名：刘艳申请学位级别：博士专业：计算机应用技术指导教师：孙济洲20031201中文摘要在解决许多重大的工程实际问题时，有许多内容都涉及到人类自身的应用研究。例如载人航天、核反应堆维护、包括新武器系统在内的大型产品的设计研制、多兵种军事训练与演练、医疗手术的模拟与训练等，都需要考虑参与者的人身安全、人与生存空间之间的关系、以及人体行为的理解与认知分析。用传统方法解决这些问题，不仅要花费巨额资金，而且要承担人员伤亡。三维虚拟人技术为解决这些问题提供了新方法，新途径。同时三维游戏、计算机动毫、影视制作等领域也急切需要对人类外观和动作行为

2、的模拟仿真技术，这些需求对虚拟人技术的发展起到了强有力煦促进作用。虚拟人(virtualhuman或computersynthesizedcharacters)是人在计算机生成空间(虚拟环境)中的几何特性与行为特性的表示。虚拟人技术研究涉及到计算机图形学、运动学与动力学、多功能感知、人工智能、虚拟现实等多个学科，是一个交叉应用学科。早期虚拟人技术的研究集中在人体建模和底层动作控制技术。随着上述技术的日趋成熟，行为控制技术成为目前的研究热点。行为控制技术通过在运动控制方法中引入感知、认知、决策等功能，为虚拟人建立自主模型，从而提供了实现虚拟人运动的高层控制手段。为实现自主虚拟人和群体动

3、画提供了更加便捷的新方法。但现有的行为控制技术还存在一些不足：没有完整精确的感知模型，缺乏柔性实时运动控制方法，没有通用的行为控制模型等。针对这些问题，本文对建立行为模型的关键技术进行了研究，提出了注意力驱动的虚拟人感知模型，生成符合人的生理局限性的感知信息；提出一种参数关键帧和逆向运动学相结合的实时运动控制模型，并建立了统一的动作数据表述方法，实现了不同动作的并行播放，为行为模型提供具有一定柔性的实时运动控制手段；基于D牢算法，提出了加入个性参数的虚拟人动态路径规划算法ID*和应急避障行为模型，最终实现了动态路径规划行为模型，为实现多样的虚拟人的规划行为提供手段；基于包客式系统的体

4、系结构，提出了三层结构的虚拟人行为控制模型，并实现了虚拟人自主漫游行为的模拟；最后在上述研究工作的基础上，采用c++在OpenInventor平台上开发了虚拟人试验平台一一SmartHumanSystem，系统能够实现虚拟场景构建、动画播放、路径规划等一系列功能，为今后开发三维游戏、网上教学等虚拟人软件系统提供了思路和原型系统a关键词：三维虚拟人，感知建模，运动控制，动态路径规划，行为建模ABSTRACTWhilesolvingalotofimportantpracticalproblems，therearemanystudycontentsinvolvemankinditselfi

5、Suchasmannedspaceflight，nuclearreactormaintaining，thedesignanddevelopmentofgreatproductsincludingnewweapon，militarytraining，thesimulationandtrainingofsurgicaloperations，etc．Theyallneedtoconsiderthelifesecurityofpartieipants，therelationshipbetweenpeopleandsurvivingenvironment,andtheunderstanding

6、andcognitionanalysesofhumanbehavior．Thetraditionalmethod，withwhichtheaboveproblemsaresolved，notonlybringsthecostofhugefundbutalsocasualties．Thethree-dimensionvirtualhumantechnologyoffersanowwayforsolvingtheseproblems．Atthesametime，therequirementsforthesimulationtechnologyinhuman’sappearanceandb

7、ehavioranincreasingrapidlyinsomenewapplicationfields，suchas：three-dimensionalgame，thecomputercartoon，filmproduction，etc．Thesedemandsplayapowerfulroletothedevelopmentofvirtualhumantechnology．Thevirtualhuman,whoiscanalsobenamed／isco