基于Jack的逼真化虚拟人运动编辑技术研究滕丽丽1，滕俊章2，罗小妮1（1.济南职业学院，山东济南250014，2.国防科学技术大学，湖南长沙410073）摘要：针对人机工程仿真中虚拟人运动的逼真性问题，提出了一种基于视域约束和平衡约束相结合的运动编辑方法。通过运动数据映射将BVH格式运动捕获数据重定向到Jack角色模型上，采用视域约束使虚拟人视线跟踪操作物体，采用平衡约束对虚拟人行走过程进行编辑，保证虚拟人操作手眼协调，且具有一定的物理逼真性。仿真结果表明，该方法可以提高数据的重用性，实现虚拟人的手眼协调，提高人机工程仿真中虚拟人运动的逼真性。关键词：虚拟人；视域约束；平衡约束；运动编辑中图分类号：TP391.9文献标识码：ARealisticMotionEditingBasedonJackPlatformTENGLi-li1，TENGJun-zhang2，LUOXiao-ni1，LUZhi-guo2（1.JinanVocationalCollege，JinanShandong250014，China）（2.NationalUniversityofDefenseTechnology,ChangshaHunan410073,China）ABSTRACT:Aimingatrealisticmotioncreationforergonomicsapplication,wepresentedanapproachtoedithumanmotioncapturedata,whichcombinesviewshedconstraintsandbalanceconstraints.BVHformatmotioncapturedatawasretargetedtoJackcharacterbymotionmappingmethod,andviewshedconstraintswereusedtotrackmovementofhandlingobjectsbyhands,andbalanceconstraintswerealsousedtomakeJackcharacter’walkingmotionphysicallyfeasible.Simulationresultsprovethisapproachcanimprovemotiondatareusability,andmakemotionsharmoniousbetweenvirtualhumaneyesandhands.Asaresult,itwillstrengthentherealistichumanmotionsimulationinergonomicsapplication.KEYWORDS:virtualhuman，viewshedconstraints,balanceconstraints,motionediting1引言近年来随着运动捕获技术的飞速发展，大量真实感的人体运动数据可以捕捉得到。如何提高运动数据的重用性已成为三维动画领域研究的热点之一。然而，由于捕获数据与捕获对象和场景相关性强，直接使用已有的运动捕获数据难以生成逼真的人体运动。目前，运动编辑方法主要分为两大类[1]：基于约束的方法和基于运动信号处理的方法。基于约束的方法主要考虑在运动编辑时引入时空约束、运动学约束、物理约束等约束类型，并设计一个目标函数，在满足约束下通过优化目标函数对问题进行求解[2-3]。基于信号处理的方法将运动捕获数据看作随时间变化的信号，采用信号处理的技术从捕获数据中提取出运动特征，通过编辑提取的特征并映射到新的角色模型上，完成对运动的编辑和合成[4-6]。在人机工程应用领域，使用运动编辑技术可以提高人体运动仿真的逼真性，有助于更好地人素分析。目前市场上主流的商业人机工程分析软件主要包括：Jack、RAMSIS、SafeWork、ANTHROPOS、BodyBuilder、ERGO、SAMMIE、AnyBody。其中Jack是EAI公司推出的一款人机工程仿真分析评价软件，具有视域分析、可及度分析、静态施力分析、NIOSH提升分析、RULA分析等多种人机分析功能，已在航空、汽车、军事等领域得到广泛应用。为了在Jack场景中重用已有的运动捕获数据，使运动既具有视觉上逼真性，又具有一定的物理真实性，本文提出了采用视域约束和平衡约束相结合对运动进行编辑。2运动重定向2.1角色关节层次模型映射运动重定向需要将运动捕获数据重定向到目标角色模型上。根据目标角色模型与原捕获角色模型的差异，目标角色模型可以分为三类：(1)相同关节结构不同肢体长度角色模型；（2）不同关节结构的角色模型；（3）非关节结构角色模型。本文提出的运动重定向，主要实现将BVH格式运动数据重定向到Jack角色模型上。图1BVH角色骨架模型与Jack角色骨架模型如图1所示，BVH角色骨架模型与Jack角色骨架模型间存在不同关节结构，即在关节坐标系定义、关节个数、关节自由度三方面存在差异。为将关节运动数据重定向到Jack角色关节上，我们在常见的BVH角色关节层次模型与Jack角色关节层次模型之间建立如下映射,如表1所示。表1关节映射表BVH关节名Jack关节名HiprootLeft_Thighleft_hipLeft_Shinleft_kneeLeft_Footleft_ank...