1、虛擬人運動建模與仿真技術(shù)的研究是一項涉及到物理學(xué)、機器人學(xué)、生物力學(xué)和計算機圖形學(xué)等多學(xué)科交叉的具有挑戰(zhàn)性的課題?；谖锢砟Ｐ偷奶摂M人運動仿真是計算機圖形學(xué)與動畫技術(shù)的研究熱點，但對于運動學(xué)與動力學(xué)計算的算法卻一直沒有得到深入研究。研究人員通常是直接使用傳統(tǒng)機器人學(xué)的運動建模與仿真控制技術(shù)。然而，由于人體模型龐大的自由度與復(fù)雜的運動鏈結(jié)構(gòu)，人體模型的運動控制技術(shù)與機器人系統(tǒng)相比難度要高得多。因此，基于物理的人體運動建模與仿真迫切需要更為

2、高效的運動生成與控制技術(shù)。
　　 本文首先介紹了人體運動建模與仿真的背景與意義，簡要介紹當(dāng)前國內(nèi)外研究現(xiàn)狀。然后，本文對以下幾方面進行了深入研究：逆運動學(xué)算法、變結(jié)構(gòu)運動鏈建模、多剛體系統(tǒng)正動力學(xué)計算與人體伸及運動仿真。本文的主要工作與創(chuàng)新點如下：
　　 (1)當(dāng)前逆運動學(xué)求解算法，計算開銷大，生成姿態(tài)不自然。針對該問題，提出雙向啟發(fā)式逆運動學(xué)求解算法BHIK。BHIK算法將尋找關(guān)節(jié)位置的問題轉(zhuǎn)換為尋找直線上某個點的計算

3、問題，通過雙向迭代過程來計算關(guān)節(jié)位置，通過每次調(diào)解單個關(guān)節(jié)角度來縮小系統(tǒng)誤差。算法將關(guān)節(jié)約束分解為旋轉(zhuǎn)與定位兩個部分，在每一步迭代計算中應(yīng)用關(guān)節(jié)約束，從而實現(xiàn)關(guān)節(jié)的移動范圍控制。BHIK算法在迭代計算中避免了關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)操作，利用二維約束橢圓簡化約束問題求解，克服了當(dāng)前逆運動學(xué)方法時間復(fù)雜度高以及易產(chǎn)生奇異性的問題。
　　 (2)針對在人體運動模型中運動鏈結(jié)構(gòu)變化問題，提出桿件連通性描述方法，該描述法利用指針表明相鄰桿、父子桿與虛

4、擬桿關(guān)系，便于實現(xiàn)動力學(xué)遞歸計算。通過將原始閉鏈切分為若干關(guān)節(jié)得到虛擬開鏈結(jié)構(gòu)，然后利用開鏈結(jié)構(gòu)驅(qū)動關(guān)節(jié)角度雅可比矩陣，給出一般閉運動鏈與開運動鏈的動力學(xué)方程。該方法有效解決了傳統(tǒng)動力學(xué)計算方法無法直接應(yīng)用于閉式運動鏈的問題?；诒疚奶岢龅臈U件連通性描述方法與閉運動鏈的動力學(xué)方程，提出一種基于分析法的碰撞接觸模型，采用試差法來尋找滿足單面約束的約束條件與約束力。
　　 (3)針對單位矢量法在人體模型正向動力學(xué)求解中復(fù)雜度過高的問