基于OpenGL与运动学模型的手势合成

摘要

作为一门先进的人机交互的技术,手势合成的研究具有广阔的实际应用前景和学术研究价值.如:聋哑人与正常人之间的交流、虚拟现实中的多模式接口、手语新闻、智能人机接口等.研究涉及到计算机图形学、机器人运动学、生物机械学、心理学、生理学、医学等多种学科领域.手势作为一种可视化的语言,它与自然语言的差异就是在于它是通过手姿势的交替变化,来表达完整的意思,因此要求把手的运动通过计算机合理地表示出来并生成一个可控制的模型,产生动画,实现手和手臂的运动,从而合成手势.该文对手势合成的相关技术与理论进行了一些的研究工作,研究的重点基于计算机图形学与计算机动画的手势合成.该文的主要工作在以下几个方面:对三维图形建模方法进行了研究.并采用体模型通过3DS MAX建模工具,完成了三维图形的建模.并在OpenGL中调用3DS模型,以弥补单纯利用OpenGL的实例库构造复杂几何体的不足,而且能够实现对模型的实时控制.在系统的实现过程中,为了实现重用,我们构造了OpenGL类,并将它的代码封装起来.手势合成的实现.在对计算机动画中的算法和技术研究的基础上,我们选择了最符合人体的动画技术——关节动画,并根据人体生理结构,确定了人体自由度及其约束条件.同时建立了Denavit-Hartenbery数学模型,根据齐次变换矩阵推导出一组手指关节的运动学方程,通过正向运动学求解出关节坐标值,从而驱动各个关节的运动,实现手势合成.该课题得到了上海市自然科学基金(编号:02ZD14053)的资助.

目录

文摘

英文文摘

论文独创性声明和论文使用授权声明

第一章绪论

1.1研究背景与意义

1.2手势的分类

1.3手语简介

1.4合成手势的方法

1.5历史及现状

1.6本论文的工作

第二章手势的几何建模

2.1概述

2.2几何建模方法

2.3几何建模的软件工具

2.4 OpenGL三维图形在Visual C++中的实现

2.4.1 OpenGL工作机制与基本功能

2.4.2 OpenGL开发图形仿真应用程序步骤

2.4.3为MFC添加一个可重用的OpenGL应用程序

2.5 3D MAX与OpenGL的转换

第三章行为建模与关节动画

3.1概述

3.2计算机动画技术

3.3计算机动画中的运动控制方法

3.3.1关键帧技术[19]

3.3.2运动学模型[17]

3.3.3动力学模型[17]

3.4关节动画

3.4.1概述

3.4.2关节链结构的基本概念

3.4.3关节链结构表示

3.4.4关节链结构的行为约束

3.5本章小节

第四章手的动态模型建立

4.1手指的关节链结构及其行为约束

4.2手模型坐标系的建立

4.2.1平移变换

4.2.2旋转变换

4.3手的运动模型分析

4.4手的运动学方程的建立

第五章手势合成的设计实现

5.1开发平台的选择

5.2模块的程序实现

结束语

攻读硕士期间发表的文章

致谢

参考文献