马文超，侯 进，曹宁哲

(西南交通大学 信息科学与技术学院，四川 成都 611756 )

基于肌肉的人体运动仿真研究

马文超，侯 进，曹宁哲

(西南交通大学 信息科学与技术学院，四川 成都 611756 )

针对当前国内缺少满足牛顿运动定律的人体运动仿真问题，提出了基于肌肉的人体运动仿真方法。该方法首先建立了基于解剖学的人体骨骼肌肉模型，然后进行运动捕获数据与人体模型的匹配，其次构建了主要关节点的局部坐标系，接着运用多刚体运动学与动力学进行运动学及动力学参数的计算，之后施加空间力学平衡约束得到了有效的关节运动约束机制。实验结果表明，利用该算法实现的人体运动仿真真实、自然、逼真，证明了算法的有效性。关键词: 肌肉；骨骼肌肉模型；运动捕获；多刚体运动学

人体运动仿真是生物力学、机器人学和计算机科学交叉产生的研究领域，是一种利用计算机模拟真实人体运动过程的技术，具体包括建立数学模型，计算给定虚拟人约束条件下自然真实的物理运动过程，并在利用计算机生成的虚拟环境中以三维图像方式逼真呈现该运动过程[1]。与人体骨骼动画相比，该技术实现的人体运动符合牛顿运动定律，既可增强虚拟环境的真实性与沉浸感，还可进行现实任务的完成和操作培训等。

计算机技术与虚拟人应用的发展，人们对符合人体生理特性以及运动特征的虚拟人模型需求越来越高。Chadwick等人[2]重点对人体手臂和肩部的运动特性进行了深入分析，为了减少算法运算时间，达到模型对控制参数改变进行实时反应的效果，采用多项式来表示肌肉的行为状态，取得了很好的效果。……