基于虚拟人的虚拟训练系统研究及实现

摘要

随着虚拟现实技术的不断发展，各类虚拟训练系统被广泛应用于生产实践，发挥着日益重要的作用，然而如何在基于虚拟现实技术的训练系统中表现人的活动，一直是虚拟现实技术领域的一个难题。
　　 针对在运载火箭和航天器等大型复杂系统中以人为中心的虚拟训练系统进行了研究，目的是攻克虚拟人技术的难题，并推进虚拟训练系统在航天器的应用，构建人与训练系统有机集成的基本机制，建立能够表现人类活动的“有人”的虚拟训练系统。主要研究内容包括虚拟人技术和虚拟训练系统设计两个部分。
　　 本文研究了虚拟人关键技术，对虚拟人的表示、驱动和交互，以及虚拟化身技术和用户化身技术进行了重点论述和分析。研究了具有“虚拟化身”和“用户化身”的虚拟现实系统。研究了“虚拟人”与虚拟物体、“虚拟人”与“虚拟人”之间的交互控制技术。从人体运动捕获和虚拟场景设计两个方面研究了虚拟人虚拟训练系统的组成要素和实现方法，最后给出了一个基于虚拟人的虚拟训练系统设计方案。
　　 本文的主要贡献在于将虚拟人技术应用于虚拟训练系统，实现了对人体全身复杂动作的实时捕捉和反映，实现了虚拟人与虚拟实体的交互，将受训者实时嵌入训练系统，实现了真实世界与虚拟世界的统一，提高了虚拟训练的真实感和沉浸感。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 研究背景

1.2 国内外发展和研究动态

1.3 本文主要工作

第2章 系统研究总体思路

2.1 研究的必要性

2.2 研究思路

2.2.1 研究内容分解

2.2.2 系统实现方法

2.2.3 系统集成

第3章 虚拟人技术研究

3.1 虚拟人基础研究

3.1.1 虚拟现实与虚拟人

3.1.2 基本概念

3.1.3 虚拟人表示

3.1.4 虚拟人驱动

3.1.5 虚拟人交互技术

3.2 虚拟化身技术研究

3.2.1 运动数据预处理

3.2.2 运动序列分析

3.2.3 运动序列合成

3.3 用户化身技术研究

3.3.1 光学运动捕获

3.3.2 Marker点划分

3.3.3 Marker点的相对运动轨迹分析

3.3.4 建立参考坐标系

3.3.5 旋转中心计算

3.3.6 关节中心和骨骼长度计算

3.3.7 关节旋转角度计算

第4章 基于虚拟人的虚拟训练系统设计

4.1 系统设计

4.1.1 系统结构

4.1.2 系统功能

4.1.3 系统性能

4.1.4 信息流程

4.1.5 应用模式

4.2 系统研究

4.2.1 人体运动数据获取研究

4.2.2 人体建模

4.2.3 人体运动数据编辑

4.2.4 物理引擎设计

4.2.5 碰撞检测

4.3 虚拟场景设计

4.3.1 三维模型设计

4.3.2 柔性体建模

4.3.3 主要技术

第5章 系统验证及结论

5.1 系统验证

5.2 结论

致谢

参考文献

在读期间研究成果