基于广义交叉截面的实时虚拟人皮肤变形方法

皮肤变形是虚拟人合成研究领域的重要研究方向之一。交叉截面皮肤变形方法由于具有较好的实时性和逼真性在实时虚拟人应用环境中被广泛采用。但是这种方法要求虚拟人皮肤网格按照规则的交叉截面轮廓的方式组织,难以表达更丰富和精细的皮肤变形特征。基于此,本文提出了基于广义交叉截面的皮肤变形方法。该方法既具有速度快、操作简单、占用存储空间小的优点,同时又克服了交叉截面方法在皮肤网格组织方式方面的局限性,可以驱动任意皮肤网格组织方式的虚拟人表面模型,获得非常逼真的皮肤变形效果。     

三维虚拟人皮肤变形与塌陷部位的调整

针对线性混合蒙皮算法在虚拟人皮肤变形过程中容易产生皮肤塌陷的问题,在用该算法实现人体皮肤变形的基础上提出一种构造二次贝塞尔曲线的方法对塌陷部位进行调整。该方法首先根据模型自身的特点将模型分成不同的截面;其次,在塌陷部位的截面边缘上选取包括两端点在内的三个皮肤顶点来构造二次贝塞尔曲线,以两端点作为该曲线的两个控点,再反求出第三个控点,通过移动第三个控点到达预设点坐标位置以形成新的曲线;最后,在新的贝塞尔曲线上选取与初始塌陷部位截面相同数量的皮肤顶点作为构造皮肤模型的新数据点。实验结果表明,该方法在解决关节部位皮肤塌陷问题方面有显著的效果。     

运动状态下虚拟人全身皮肤实时变形方法

完善了已有的广义交叉截面法,针对人体全身各处的特点提出了多种灵活有效的截面分组方法,实现了人体运动状态下的全身皮肤实时变形;同时结合插值方法,进一步提高肩关节、髋关节等运动幅度较大部位的皮肤变形效果.该方法适用于任意皮肤网格组织方式的虚拟人模型,能够在人体各种运动状态下实时生成逼真的全身皮肤运动变形.     

基于Bézier曲线的虚拟人皮肤变形方法研究

针对虚拟人皮肤表面参数表示方法中曲面形状难以控制、曲面间平滑连接不易实现的不足,研究了一种基于Bézier曲线的虚拟人皮肤表面变形方法;结合插入过渡段的人体分段方法和径向截面法实现了对Bézier曲线形状的有效控制,克服了传统参数表示方法中曲面难以平滑连接及皮肤表面细节难以描述的缺点,并实现了大臂肌肉和肘部皮肤随肘关节角度变化的实时变形。     

计算机动画中人体建模与皮肤变形技术的研究现状与展望

人体动画制作技术是计算机动画领域内的研究热点和难点。在制作真实感人体动画时,除了有真实的人体运动和灵活的运动控制方法外,还需要有逼真的人体造型和皮肤变形效果。为了使计算机动画研究领域的研究人员对当前各种人体建模与皮肤变形技术有较全面的了解,对计算机动画中的真实感人体建模与皮肤变形技术进行了较为全面的阐述,将现有的方法分为三大类:基于面模型的方法、基于体模型的方法和基于层次式模型的方法,并分析和比较了这些方法的优缺点。在回顾了现有的人体建模与变形技术的基础上指出,3维扫描技术的发展使人体建模和皮肤变形的研究面临新的契机。如何充分利用基于扫描技术建模的优点,并结合层次式建模与变形方法的灵活性的特点,创作出高度真实感的人体皮肤模型及其变形效果,是未来研究的重要方向。     

设计更改在装配关节图上的传播

设计更改的连锁反应效应可能导致不可预计的后果,为了更好地获取更改在零件间的传播过程,提出基于装配关节图的更改传播求解方法.装配关节图以机件内部所有与装配特征相关的几何特征为研究对象,零件间的连接关系和零件内几何特征间的空间关系分别用装配关节和变换矩阵表示;作用于几何特征的设计更改表达为特征坐标系下的变换矩阵,更改在关节图上的传播按机器人学中的正运动学问题求解,并在关节处根据自由度进行消解;在装配关节图上层层递进的更改传播求解与人工干预的更改方案的确定及实施交替进行.最后基于Pro/E平台二次开发的应用系统验证了该方法的可行性.     

基于GPU的皮肤变形算法

为提高基于实例的皮肤变形算法的效率和速度,对加权姿态空间变形(WPSD)等算法进行了研究.WPSD中需要的逐顶点计算可以在GPU上以单指令流多数据流(SIMD)方式并行执行.并行顶点计算一般在GPU顶点处理器中执行,但是更进一步的并行操作是可以由片段处理器来获取到的.提出了一种基于GPU片段处理器实现的并行变形算法.每个顶点的关节权值可以由样本姿态自动的计算出,因此减少了手动操作,提高了WPSD等皮肤变形算法的质量.     

由正交图像造型三维个性化虚拟人体模型

基于正、侧、背面4幅正交人体图像,变形模板人体模型后得到带服饰纹理的个性化虚拟人．以截面环为基本几何元素,给出了模板人体模型的生成和变形方法,建立了截面环和三维人体骨架之间的内在关联;自动提取图像上的人体特征点,生成二维图像上的人体骨架;由三维人体骨架和二维图像上人体骨架之间的对应关系,建立截面环和人体图像之间的对应关系;从人体图像上获取截面环的形状参数,通过参数化变形截面环得到个性化的虚拟人体模型．与已有方法相比,该方法建立在基于特征的参数化框架之上,变形更容易控制,消除了三维模型和二维图像之间对应的不确定性,避免了人体变形中的自交现象,效率高、真实感效果较好．     

绝对节点坐标法下斜率不连续问题处理方法讨论

Shabana提出的绝对节点坐标法,引入节点斜率坐标作为节点自由度描述转动.对于由梁板壳及块体组成的组合结构,在结构节点处相交单元的节点斜率自由度不连续,这给组合结构的建模和分析带来特殊的困难.本文讨论了文献中研究斜率不连续问题时的处理办法.在简要介绍绝对节点坐标法后,详细地讨论了经典折梁算例和截面呈阶梯变化的直梁算例中斜率不连续问题.对这两个算例,本文采用约束函数法和现有文献中的转换坐标方法,计算了在结构节点处相交杆件的轴向应变,对比这些数值结果,本文指出现有文献中的转换坐标办法,忽视了斜率自由度和转角自由度的差别,从而不能正确给出斜率不连续处相交杆件的轴向应变,需要进一步研究.     

基于无源性理论的柔性关节控制器设计

为了提高柔性关节机器人的轨迹跟踪精度和抖动抑制能力,设计了一种基于无源性理论的柔性关节控制器.通过Simulink仿真验证和简化了该控制器,使其更加适合于多自由度机器人的控制.用于实验的7自由度机器人采用DSP+FPGA结构,数字信号处理器(DSP)和现场可编程逻辑门阵列(FPGA)分别实现非线性部分和线性部分计算,避免了由于自由度的增加引起的关节控制器性能变化.实验结果表明,与传统的PD控制相比,基于无源性理论的柔性关节控制器具有力矩波动小以及抖动抑制快、稳态精度高等优点.     

基于LBS的辅助骨骼驱动的改进蒙皮变形技术

传统的骨骼驱动蒙皮变形技术(LBS)在大转角的关节处会发生严重的“塌陷现象”,对此在分析了LBS缺陷的基础上提出了辅助骨骼驱动的改进蒙皮变形技术。该技术在大变形的关节处添加辅助骨骼,通过辅助骨骼的小角度旋转来代替单根骨骼的大角度旋转。实验表明辅助骨骼不仅能够有效地克服LBS的缺陷,而且能够充分利用LBS的优点。     

基于Poser模型的三维人体建模方法

人体真实感建模是虚拟人研究领域的一项重要内容。该文提出一种基于模型的快速人体建模方法。人体几何模型的皮肤层由多边形网格组成的表面表示,骨架层建模采用H-Anim标准,并针对Poser软件输出的人体模型缺乏关节点数据问题,给出一种骨架提取算法。人体运动模型应用机器人运动学方法,由骨架层驱动皮肤层实现。在VC++平台上实现对不同姿势下人体模型的骨架提取,仿真了敬礼过程中手臂的运动,验证了该方法的可行性。     

一种简化的三阶NFFD变形算法

将基于NURBS的自由空间变形算法(NFFD)应用于工程领域的虚拟人四肢变形的过程中,为了获得变形过程中的逼真性和实时性,在原有算法的基础上,提出了一种简化的三阶NFFD变形算法.该方法从工程应用的角度出发,对控制点的设置进行了规范化,给出了参数化坐标与待变形点之间的明确关系,简化了待变形体参数化坐标的求解过程,使其可以用于虚拟人的四肢变形过程中.实验表明,这种简化算法可以提高计算效率,简化计算过程,保证虚拟人四肢变形过程中的逼真性与实时性,取得较好的变形效果.     

三维虚拟人皮肤变形技术分类及方法研究

在虚拟人合成研究领域,皮肤变形一直是一个重要和活跃的研究方向．首先概略介绍三维人体几何表示方法以及皮肤的表示和几何建模方法,然后针对目前存在的皮肤变形方法,提出了两重分类方法．首先按照三维人体几何表示方法将皮肤变形分成两大类：表面模型皮肤变形和多层模型皮肤变形,然后按照皮肤变形机制把表面模型皮肤变形方法分成4个子类．详细介绍了每类方法的原理和优缺点,最后指出了皮肤变形目前存在的问题并展望了未来的发展方向．     

On the equivalence of approximate stationary axially symmetric solutions of the Einstein field equations

We study stationary axially symmetric solutions of the Einstein vacuum field equations that can be used to describe the gravitational field of astrophysical compact objects in the limiting case of slow rotation and slight deformation. We derive explicitly the exterior Sedrakyan–Chubaryan approximate solution, and express it in an analytical form, which makes it practical in the context of astrophysical applications. In the limiting case of vanishing angular momentum, the solution reduces to the well-known Schwarzschild solution in vacuum. We demonstrate that the new solution is equivalent to the exterior Hartle–Thorne solution. We establish mathematical equivalence between the Sedrakyan–Chubaryan, Fock–Abdildin and Hartle–Thorne formalisms.     

一种基于国标人体测量学数据的虚拟人建模方法

针对目前利用国标人体测量学数据构建的虚拟人模型,只有单一的骨骼层或皮肤层,不便于同时对虚拟人进行实时运动控制和皮肤动态变形研究的问题,提出一种利用GB 10000-88的19个人体测量学特征数据、用3ds max构造出虚拟人的皮肤网格、层级建模方法构建出虚拟人的骨骼关节运动模型与四元数球面混合插值技术相结合的虚拟人建模方法。实验结果表明,该方法构建的虚拟人双层模型有利于对准确的国标人体测量学数据的虚拟人角色进行建模、皮肤逼真变形、实时运动仿真和人机工效学分析。     

基于Snake模型和射线法的颅面重建方法

MC颅面重构方法复原的面皮和颅骨三角片数量大且存在杂质。针对该问题,基于断层轮廓序列,利用改进的Snake模型提取闭合颅骨轮廓线,通过射线法对该轮廓线进行二次处理得到最外层轮廓线,从而实现颅面三维重构。实验结果表明,该方法在颅面数据量较小的情况下,可以准确表达人的面部和颅骨的形态信息。