基于旋转角度的跑步运动仿真

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1、湖北汽车工业学院外文翻译基于旋转角度的跑步运动仿真刘天湖，邹湘军，王红军，罗陆锋，孙权（华南农业大学虚拟现实研究室，广州510642）*摘要：提出基于旋转角度的方法仿真跑步运动。跑步时人体四肢和躯干都在绕关节做重复旋转运动，基于旋转角度的跑步模型根据各关节的旋转角度计算人体运动时不同部位的位置，进而求解跑步运动行为。根据该模型提出一种跑步运动仿真方法/程序，该方法可以用于跑步运动仿真和提供建模所需的人体部位的位置数据，因而可缩短建模周期。用一个慢跑仿真案例示例了该方法的仿真过程。关键词：运动姿态；行为模型；跑步仿真中图

2、分类号：TP391.4文献标识码：A文章编号：1004-731X(2008)19-5362-03导言10湖北汽车工业学院外文翻译一种基于协同运动的网络游戏是一个硬件和软件集成的系统。通过传感器对运动速度进行检查、信号传输和转换，并通过借助实际的运动过程，将跑步机和个人电脑连接起来。在这样的游戏中，运动员本身的匹配虚拟角色可以与虚拟角色或远程互联网上的跑步者进行比赛，如图1所示。为了开发现实的协作游戏，一个栩栩如生角色及其行为模型首先要开发的。在为了创造生动的跑步动作时，通过插值动画数据库，很多不同的风格行为动画必须建立

3、。为了快速创建运行动画，合适的运动模型和仿真方法是必要的。许多人在研究中提出了自己的行为建模方法或者对实际的人进行运动仿真。例如，D.Zeltzer开发了一个面向动画系统的任务分类系统。在这样的动画系统，人体的控制技术都是基于真实世界的数据检查的结果。吉拉德提出了一种动态创建的躯干的运动，通过逆向运动学创建腿的运动。贝德勒提通过动态创建躯干的动作，通过反向运动创建腿部运动。斯图尔特通过一个基本限制方法开发了一个在平坦和楼梯环境下的人的三维人物。奥尔蒂斯开发了一个基于虚拟现实建模语言的人物动画，其具有反向运动，面部表情还

4、有行为准则。F.10湖北汽车工业学院外文翻译Shi开发了一种行为模型方法可以随意追踪复杂的仿真动作。浙江大学在这一领域做了大量的研究工作，并且获得了专利：这是一个技术和系统能从视频中生成人物的动画。博士陈瑞提出了创建三维人移动动画很多同步视频的方法。陈睿博士提出了一种方法通过同步录像创造三维人物运动动画。高嵩博士提出了一种可以恢复人物动作的数据库和运动合成方法。在行为建模与仿真中仍然存在的两个关键问题。第一个问题是现有的理论比较复杂，这导致了操作复杂还有数据耦合和时滞。其次的问题是借助这些模型通过真实的人的方式来推动虚

5、拟角色的行为是很难的，从而导致生动的表达跑步者行为有一定的难度。在本文中，我们将提出一种在旋转角度的基础上模拟跑步者的行为的方法，这个方法是非常简单的。图1基于互联网的合成运动游戏10湖北汽车工业学院外文翻译1.框架和运行模型10湖北汽车工业学院外文翻译根据跑步者的姿态和关节运动规律的特点，一个跑步者骨架草图框架可以简化成一个简单的框架包含12个部分，如图2所示。在图上的OA表示躯干，其长度为L1；AB和AD表示上臂，长度分别是L2和L3;BC和DE分别表示下臂，它们的长度分别是L4和L5;OI和OF分别表示大腿，其长

6、度分别是L6和L7；FG和IJ分别表示小腿，其长度分别为L8和L9;GH和JK分别表示脚，其长度分别是L10和L11；AL表示头，长度是L12。一个人的实际运动可以表示为：在这里,表示了移动和转动的水平；表示了关节i的移动和转动，其中i大于等于1，小于等于n.不考虑身体运动水平（在实际中，移动距离水平只需增加一定等级的移动功能移动距离，表示为，一系列的基于关节模型的圆周角度的可以建立起来。例如肩部的关节位功能它可以表示为：根据这样的模式，一个生动和简洁的跑步者角色可以很容易地建立起来。它的动作可以很快地被模拟。图2简化

7、流道的结构10湖北汽车工业学院外文翻译2运行仿真2.1仿真过程10湖北汽车工业学院外文翻译为了构建一个跑步的动画，一系列的跑步的框架首先必须建立。传统跑步案例建模和奔跑动画的构建方法则是通过经验估算跑步者的姿态，并建立了一系列的动画，然后进行一次又一次地证明和修改，直到它很生动。这种方法建模周期是很长的。如果基于跑步模型中的旋转角度在仿真案例中使用，一系列的对于跑步姿势的演示和修正能在框架设计前完成，因此建模周期会缩短。跑步仿真和建模的详细过程如图3所示。有三个关键步骤，如下：第一步是数据输入。第二步运行仿真。第三步是

8、位置计算。如果在跑步动画制作中使用位置数据，动画制作的周期将大大缩短。图3角色建模过程10湖北汽车工业学院外文翻译10湖北汽车工业学院外文翻译2.2模拟这里引入一个慢跑的情形来阐述运动仿真和建模过程。第一步：数据输入。元素长度：OA=100,AB=50,BC=40,AD=50,DE=40,OF=70,FG=60,GH=20,EI=