基于NURBS的三维人体建模技术及在跳板跳水仿真系统中的应用

摘要

三维人体建模和运动模拟是竞技体育的技术分析和运动训练技术诊断的重要手段,对此,我们运用计算几何原理,采用基于B样条的曲面绘制方法建立了一个适用于跳板跳水仿真系统的人体模型,进而用基于NURBS的自由变形方法(FFD)模拟人体关节的变形,以实现人体的运动.首先,在人体建模过程中该文将人体表面分成七个部分,用双三次B-样条曲面模拟每一部分曲面,并在曲面的边界处定义了一阶切矢条件,使两曲面片在拼接处达到了G<'1>连续.其次,在运动模拟过程中,该文利用前人对跳板跳水模型的优化结果,采用矩阵级联的方法为人体建立了运动方程,通过控制各个关节的角度变化及人体质心的位置变化实现了跳板跳水运动的动画演示.最后,该文以OpenGL为工具,在VC++6.0环境下开发了此跳板跳水仿真系统,实验结果表明该方法建立的人体模型视觉效果和运动实时性较好,对指导实践有较高的应用价值.

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1人体建模的研究发展概况

1.2人体建模方法综述

1.3本文的主要工作

第二章计算几何概述

2.1基本知识介绍

2.1.1点的基本定义

2.1.2参数曲线的定义及其切矢量、法矢量、曲率和挠率

2.1.3曲线段间C1，C2和G1，G2连续性定义

2.2常用的参数曲线

2.2.1 Bezier曲线

2.2.2 B样条曲线

2.2.3NUEBS(非均匀有理B样条)曲线

2.3常用的参数曲面

2.3.1 B样条曲面

2.3.2 NURBS曲面

2.4图形变换

2.4.1三维图形的几何变换

2.4.2投影变换

第三章三维人体建模

3.1三维建模技术概述

3.2型值点采集与整理

3.3曲面的反算

3.3.1曲面的反算的一般过程

3.3.2反算人体表面的控制点

3.4曲面的拼接与光滑处理

第四章人体模型在跳板跳水仿真系统中的应用

4.1计算机动画技术的介绍

4.1.1三维动画中的运动控制

4.1.2基于物理的建模技术

4.2跳板跳水模型的介绍

4.3人体运动模型的建立

4.3.1人体坐标系的设定

4.3.2运动方程的建立

4.3.3基于NURBS的自由变形

第五章OpenGL实现

5.1视景仿真技术

5.2高级图形编程接口OpenGL

5.2.1 OpenGL简介

5.2.2 OpenGL的工作结构

5.2.3 OpenGL的功能及操作步骤

5.3跳板跳水仿真系统

5.3.1系统功能介绍

5.3.2系统设计

第六章结论

致谢

参考文献

附录1系统主要界面

附录2系统演示过程