大学生研究计划结题报告-基于directx sdk的三维人体建模与运动仿真

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1、http://www.ustc.edu.cn/zh_CN/中国科学技术大学大学生研究计划结题报告课题名称三维人体建模与运动仿真姓名学院信息科学与技术学院系别电子工程与信息科学系（EEIS）专业（未分配）年级07级学号PB07210297指导老师导师单位中国科学院自动化研究所信息科学与技术学院电子工程与信息科学系54（EEIS）http://www.ustc.edu.cn/zh_CN/2010年9月30日信息科学与技术学院电子工程与信息科学系54（EEIS）http://www.ustc.edu.cn/zh_CN/目录1.引言22.概述22.1Dire

2、ctX简介22.2三维人体模型的获取22.3基于DirectX三维人体运动仿真的原理简介22.4MFC应用程序框架上的三维模型编辑软件的构建23.人体建模与运动仿真实现原理23.1三维人体模型关节运动控制原理23.1.1三维人体模型结构剖析23.1.2变换矩阵作用原理23.1.2.1蒙皮网格模型中变换矩阵的作用原理23.1.2.2标准网格模型中变换矩阵的作用原理23.2.X文件中的模型及其读取方法23.2.1.X文件的结构说明23.2.2.X文件的解析方法概述23.3多种模式下的模型运动控制23.3.1模型运动控制原理23.3.2三种类型变换的作用效

3、果和施加变换的次序规则23.3.34×4顶点变换矩阵的生成与解析24.运动仿真控制应用程序设计24.1编程环境的配置24.2程序设计框图24.3创建内嵌Direct3D的MFC应用程序项目24.4主要的数据结构及功能函数24.5程序用户界面（GUI）简介25.自我拓展之XSceneStudio梦想平台26.结论27.致谢2信息科学与技术学院电子工程与信息科学系54（EEIS）http://www.ustc.edu.cn/zh_CN/三维人体建模与运动仿真——基于DirectXSDK***中国科学技术大学信息科学与技术学院电子工程与信息科学系，安徽省合

4、肥市(230027)shilx@mail.ustc.edu.cn摘要：本文给出了一种三维人体模型的形态编辑及运动仿真控制的方法。该方法采用DirectXSDK函数库，在MFC应用程序框架上，通过程序设计，实现对.X文件中存储的三维模型的读取，以及通过键盘控制，对具有规范部位层次结构的模型进行尺寸、角度、方位上的编辑操作。同时本文特别讲述骨骼动画的原理和4x4特定变换矩阵的剖析问题。关键词：剖析.X文件结合MFC与Direct3D骨骼动画4x4变换矩阵剖析中图分类号：1.引言近年来，三维仿真技术被广泛的应用。尤其在娱乐多媒体领域，从由来已久的3D游戏到

5、气势恢宏倍受青睐的3D电影《阿凡达》（AFATAR），再到由此掀起的当今的3D热潮，无不展现出3D的巨大魅力。而在工程研究领域，3D仿真同样得到了广泛的运用，从城市规划的模拟视图，到机械设计中的运动仿真，3D都起到了重要的辅助的作用。然而，在三维设计中，商业领域，有3DsMAX、MAYA两大软件；在工程运用上，有AutoCAD、SolidWorks等专业建模工具。它们分别都有各自的设计标准和文件格式定义，在需要通过外部接口控制某一特定模型时，便遇到软件接口以及通用性的问题，在信息处理领域尤为如此。微软公司（Microsoft©）的DirectX在解决

6、这一问题上起到重要的作用，由其定义的.X文件能够存储三维模型信息，而DirectXSDK程序开发库或OpenGL开源函数库中的相关函数允许我们通过C++语言的程序设计，对.X文件中的模型做一定程度上的编辑。在某些信息处理领域已经可以满足需求。所以深入研究三维模型的建模规则，熟练掌握DirectX的使用方法，实现对三维模型的灵活编辑控制，尤其将Direct3D与同用的MFC应用程序框架相结合，可以使得3D仿真技术在信息处理领域的运用变得更加方便。当然，目前在使用这两类函数库进行模型编辑的运用中，大多为直接替换整个作用在模型某一部位的变换矩阵，而不是对模

7、型的尺度、角度及方位分别进行控制。本文介绍的方法可以实现对特定规则生成的综合变换矩阵的反解析，从而获取上述三方面变换的矩阵，通过将原变换矩阵与新添的控制变换矩阵的各自分别组合后相乘，得到最终变换矩阵，可以达到对模型的精确控制。2.概述2.1DirectX简介DirectX是微软推出的一套基于Windows系统的多媒体应用程式接口APIs函式。信息科学与技术学院电子工程与信息科学系54（EEIS）http://www.ustc.edu.cn/zh_CN/在开发中，DirectX分为两个部分，一个是运行库，通过DirectX编译出来的程式必须要有运行库的

8、支持；另外一个是开发库，也就是常说的SDK，这部分是在编译DirectX程序中是必需的。图1Direct3D