《动作捕捉系统在虚拟现实中的应用资料》由会员分享，可在线阅读，更多相关《动作捕捉系统在虚拟现实中的应用资料（77页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、 题题 中 英文 中 英文 目目 动作捕捉系统在虚拟现实中的应用动作捕捉系统在虚拟现实中的应用 Application of Motion Capture System in Virtual Reality 作 者 姓 名作 者 姓 名 周韬周韬 邵晓东邵晓东 教授教授 机械工程机械工程 提交论文日期提交论文日期 二二 一三年三月一三年三月 马金仓马金仓 研究员研究员 代号代号 分 类 号分 类 号 学号学号 密级密级 10701 TP391 TP391 9 9 公开公开 1072190456 U D C 编号编号 学校学校指导教师姓名职指导教师姓名职称称 工 程 领 域工 程 领 域 企业指
2、导教师姓名职称企业指导教师姓名职称 论 文论 文 类 型类 型 应用基础技术类应用基础技术类 西安电子科技大学西安电子科技大学 独创性独创性 或创新性或创新性 声明声明 秉承学校严谨的学风和优良的科学道德 本人声明所呈交的论文是我个人在 导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果 尽我所知 除了文中特别加以标 注和致谢中所罗列的内容以外 论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成 果 也不包含为获得西安电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的 材料 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说 明并表示了谢意 申请学位论文与资料若有不实之处 本人承担一切的法律责任 本
3、人签名 日期 西安电子科技大学西安电子科技大学 关于论文使用授权的说明关于论文使用授权的说明 本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定 即 研究 生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属西安电子科技大学 学校有权保 留送交论文的复印件 允许查阅和借阅论文 学校可以公布论文的全部或部分内 容 可以允许采用影印 缩印或其它复制手段保存论文 同时本人保证 毕业后 结合学位论文研究课题再撰写的文章一律署名单位为西安电子科技大学 保密的论文在解密后遵守此规定 本学位论文属于保密 在 年解密后适用本授权书 本人签名 日期 导师签名 日期 摘要 随着虚拟现实技术的不断发展 虚拟人及其运动仿
4、真技术在虚拟现实领域得 到越来越广泛的应用 尤其是在一些复杂与人息息相关的虚拟环境仿真中更是必 不可少 实行产品的虚拟装配有利于进行产品分析和产品设计 虚拟人的引入有 利于判断产品设计的合理性 装配过程的规范性以及装配人员的舒适性 论文首先进行充分的需求分析 提出了虚拟人虚拟装配的设计方案 建立了 虚拟人虚拟装配系统的体系结构 并对系统总体工作流程和数据流程进行了详细 说明 论文在实现商品化软件 Vega Prime 和 DI Guy 结合的基础上 介绍了虚拟人的 组成结构和运动驱动方法 同时对 PhaseSpace 动作捕捉系统进行了学习 掌握了 使用方法并实现了与 Vega Prime 的
5、实时结合 论文通过分析 PhaseSpace 动作捕捉系统获取的数据形式和虚拟人关节运动特 点 通过学习和总结提出了一套通过肢体刚体捕捉驱动虚拟人运动的方法 论文 研究了刚体空间转动的几种表示方法 同时根据关节的层次关系开发了一套四元 数相互转换的方法 并通过代码实现了四元数跟欧拉角的转换 为虚拟人的运动 驱动奠定基础 论文接着合理安排数据衣上标识点的粘贴 构成合适的刚体 利用获取的刚 体数据对虚拟人进行实时驱动 通过零部件上装配点的位置求取和虚拟人手部抓 取点的设置 运用虚拟人完成虚拟装配任务 关键字 动作捕捉 虚拟人 虚拟现实 虚拟装配 四元数 Abstract With the deve
6、lopment of virtual reality technology the virtual human and its movement emulation technology have found an increasingly wide utilization in the field of virtual reality and are especially essential in some complicated virtual environment simulations that are closely related to human beings Implemen
7、ting the virtual assembly of products is to the benefit of product analysis and product design The introduction of virtual human is good for judging the rationality of the product design the normative of assembly process and the comfortableness of assembly personnel Firstly this paper makes a suffic
8、ient analysis of product requirements then proposes the design scheme of the virtual human assembly system and sets up the architecture of that Finally this paper describes the total workflow and data flow of a virtual assembly system in detail This paper introduces the structure and motion driving
9、method of the virtual human based on the combination of Vega Prime and DI Guy At the same time we make a study of the application methods of PhaseSpace motion capture system and combine the system with Vega Prime in real time This paper puts forward a method of driving virtual human motion by analys
10、ising characteristics of the joints and the data from PhaseSpace motion capture system This paper also researches several representations of the rigid body rotation in space and develops a mutual conversion method of quaternion according to the relationship of the joints It realizes the conversion f
11、rom quaternion to Euler Angle and lay the foundation for virtual human movement drive At last this paper discusses how to paste the markers on the data suit uses the rigid body to drive the virtual human in real time and completes the virtual human assembly task through calculating the points on the
12、 assembly units and setting the grasping points of virtual hands Keywords Motion Capture Virtual Human Virtual Reality Virtual Assembly Quaternion 目录目录 第一章 绪论 1 1 1 虚拟现实技术 1 1 1 1 虚拟现实概述 1 1 1 2 虚拟现实技术的发展与现状 1 1 2 虚拟装配技术 3 1 2 1 虚拟装配技术概况 3 1 2 2 虚拟装配技术发展现状 3 1 3 虚拟人技术 4 1 3 1 虚拟人技术概况 4 1 3 2 虚拟人技术发展
13、现状 5 1 4 论文研究背景与主要工作 5 1 5 章节安排 6 第二章 系统总体设计方案 7 2 1 系统设计目标 7 2 2 系统软硬件体系 7 2 3 系统模块设计 9 2 4 系统总体工作流程 10 2 5 系统总体数据流程 11 2 6 本章小结 11 第三章 虚拟人运动控制 13 3 1 虚拟人结构分析 13 3 1 1 人体骨骼简化 13 3 1 2 DI Guy 虚拟人构成 14 3 1 3 DI Guy 虚拟人关节分析 16 3 2 虚拟人运动控制方法 18 3 2 1 常用虚拟人运动方法 18 3 2 2 DI Guy 虚拟人动作编辑 19 3 3 PhaseSpace
14、动作捕捉系统 22 3 3 1 动作捕捉技术介绍 22 3 3 2 PhaseSpace 动作捕捉系统硬件介绍 24 3 3 3 PhaseSpace 动作捕捉系统获取数据分析 27 3 4 本章小结 30 第四章 虚拟人虚拟装配系统关键技术 31 4 1 刚体旋转数学描述 31 4 2 四元数与欧拉角的相互转换 35 4 3 刚体旋转计算 37 4 3 1 四元数的基本运算 37 4 3 2 两个刚体间的旋转 38 4 4 虚拟人抓取点的获取 40 4 5 零件装配点的获取 41 4 6 本章小结 43 第五章 虚拟人虚拟装配系统的实现 45 5 1 仿真环境的搭建 45 5 1 1 概述
15、45 5 1 2 仿真环境的搭建 45 5 2 动作捕捉数据的导入 48 5 2 1 数据衣标识点的粘贴 48 5 2 2 数据转换 50 5 2 3 数据导入 51 5 3 系统的实现 52 5 4 本章小结 58 第六章 总结和展望 59 6 1 总结 59 6 2 展望 59 致谢 61 参考文献 63 第一章 绪论 1 第一章 绪论 1 1 虚拟现实技术 1 1 1 虚拟现实概述 虚拟现实 virtual reality 简称 VR 是一种先进的数字化技术 它是在计算 机技术基础上创建的虚拟世界 即一个逼真的虚拟环境 用户可以运用各种交互 设备同虚拟环境进行多种形式的信息交流 进行多感
16、知体验 用户的仿真具有身 临其境的交互感 对比传统的模拟技术 虚拟现实技术的最大区别是 操作者通 过各种设备与虚拟环境进行交互 与虚拟的三维环境进行交流 1 虚拟现实产生的主要目的在于 2 1 显示现实 在计算机中进行仿真 来 显示某些人类难以到达的场所或极度危险的场所 2 模拟现实 对那些并不存 在的事物进行模拟 并参照实际存在的事物进行比较 3 创造现实 创造现实 世界并不存在全新世界 设计一个切实可行 方便易用的可行性方案是建立一个 完整的虚拟现实仿真系统的关键 沉浸性 多感知性 交互性和自主性是虚拟现实系统的四个主要特点 用户 在使用的时候有沉浸在虚拟环境中的感觉称之为系统的沉浸感 让用户难以分辨 真假且暂时与现实环境隔离 投入到虚拟环境中是最理想的效果 系统提供用户 视觉 听觉和触觉功能体现了多感知性 交互性是指虚拟环境可以由用户的操作 做出响应 自主性反映在虚拟现实中的物体可以根据各自的运动规律自主运动 3 运用虚拟现实技术结合相关硬件系统达到虚拟仿真目的的系统称之为虚拟现 实系统 实际使用中 根据虚拟现实技术对沉浸性程度的高低和交互程度的不同 将虚拟现实系统划分为四种典型
