浅议三维人体变形技术研究

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1、西安电子科技大学硕士学位论文三维人体变形技术研究姓名：王建哲申请学位级别：硕士专业：计算机应用技术指导教师：姜昱明2002.1.1摘要’人体变形技术可以应用于三维动画技术、医学诊断、运动分析和虚拟现实等领域，它包括人体的整体变形和人体的局部变形两种类型：本文以图形学和运动生物力学为基础，研究了人体的整体变形，将人体看成刚性物体(骨骼)与柔性物体(肌肉)的结合体，对人体进行三角剖分后标记出不同肌肉部位，并采用NFFD方法进行人体变形的算法研究，运用权因子控制人体腿部的比例缩放、锥化、扭曲和弯曲等动作时的肌肉变化。利用线性插值仿真腿部弯曲动画，采用改进的Phong明暗模型和三角曲面造型两

2、种方法模拟了具有真实感的人体皮肤。并且研究了人的面部表情，模拟出人微笑的表情。最后，在人体变形技术研究基础上，本文对该领域进一步的研究和发展提出了自己的一些看法。＼t关键词：人体变形NFFD标_

3、i己面部表情{目录AbstractHumanbodydeformationisappliedtothefieldsof3Dcartoon，mediacaldignose，moveanalyse，virtualreality，andSOon，whichincludeswholehumanbodydeformmionandlocalhumanbodydeformmion．Thispaperres

4、earcheshumanbodyshape(geometriccharacter)andhumanbodymuscle(physicalcharacter)basedongraphicsandbiologymechanics．Humanbodyisregardedasacomboofrigidobject(bone)andflexibleobject(muscle)anddividedintotrianglesignedbydifferentmark．NFFDisadoptedtostudyhumanbodydeformation，andweightcontrolmuscle’Sch

5、angeofleg’Sscaling，tapering，twistingandbending．Thispaperfinishesleg’Sbendingcartoonbylinearinterpolate，andsimulatesthirddimensionskinbyimprovedPhongmodelandtrianglesurfacemodel．Atlast，weresearchfacialexpressionandimitatehuman’Ssmile．Afterstudyonhumanbodydeformation，theauthor’Sopinionsaregivenab

6、outthisdomain’Sstudyanddevelop．Keyword：humanbodydeformationNFFDsignfacialexpression第一章绪论随着计算机科学技术的高速发展，计算机图形学取得了巨大的进展，CAD／CAM应用领域也不断拓展。人们已经可以模拟一些如桌子，石头等刚性物体的运动，但是在模拟人体时却遇到了问题。因为人体在自身运动或受到外力作用时，除了骨骼改变位置外，肌肉和皮肤会发生形变。为了模拟出具有真实感的人体变形，越来越多的人投入到人体变形技术的研究中，并取得了一些成果，目前已有部分技术应用于计算机动画、医学以及运动学等领域中，创造了一定的社

7、会效益和经济效益。§1．1人体变形技术历史与现状人体变形技术是指人体在自身运动或受到外力作用时，骨骼改变位置，肌肉和皮肤发生形状改变。它包括人体的整体变形(整体运动变形)和人体的局部变形(例如：手变形，面部变形等)两种类型，它是随着变形与造型技术发展而兴起的一个新学科。早期的人体整体变形使用关节模型，始于20世纪90年代初期，它是通过正向运动学或逆向运动学来控制关节的运动，将人体看成一个由关节点连接的刚体集合。例如：上肢是由肘关节连接的上、下臂两个刚体组成，上臂与躯干是由肩关节连接。用一条线段来表示一段刚体，将人体简化为人体骨架，这样就得到了一个人体骨架模型(即棍图)。利用运动学和动

8、力学原理对各关节和环节做位移、速度、加速度、角度、角速度以及角加速度等运动参数的分析，位移、速度、加速度的分析中有水平分量、垂直分量与合成量与时间的关系分析，从而得到各种运动分析曲线图。由于关节模型只是人体骨架运动的模拟，它只能表现出人体大致的轮廓，而不能表现肌肉和皮肤的变化，最终获得的人体运动往往缺乏真实感。显然，在人们需要显示肌肉和皮肤变化时，关节模型已经不能满足要求，这时，就需要采取其它的办法。人体并不是真正意义上的刚性物体，因为人体在受到外力作用或