[发明专利]一种基于混合控制的反应跟随运动生成方法

摘要

本发明涉及一种基于混合控制的反应跟随运动生成方法。本发明方法具体步骤包括根据接受的外部事件，预测虚拟人在物理模拟下的运动轨迹；从运动捕获数据库中快速搜索出与之相适应的运动序列；选择出下阶段的过度序列；采用基于物理的方法生成反应跟随性运动，用来衔接事件发生前、后这两段运动序列；采用生物力学原理对生成的反应跟随运动进行调整，使经过物理模拟后的动作在失重的情况下具有人类特点的自我保护和平衡维持意识。本发明的方法可以快速有效地模拟虚拟人对连续、多次触发事件的反应动作，而且可以做到实时。

主权项

1.一种基于混合控制的反应跟随运动生成方法，其特征在于该方法包括如下步骤：1)根据接受的外部事件，预测虚拟人在物理模拟下的运动轨迹，其步骤为：(1)同时创建两个相同的场景，每个场景隶属于一个物理模拟过程，(2)将预测模拟过程的时间步长设为普通模拟的十倍，(3)将预测模拟过程与普通模拟过程设置为在同一时间起步，(4)将预测出来的运动序列与数据库中的运动序列进行比较，反馈给正常的物理模拟过程；2)采用近似最近邻搜索算法进行运动搜索，并采用骨骼结构的层次细节降低搜索空间维度的方法来提高运动搜索的速度；3)对物理模拟下的运动轨迹与数据库中运动序列的任意两帧之间作相似度计算，物理模拟得到的序列与数据库中的序列两帧之间的差异，表示为对应关节的位置和角度差异的权值之和，设f_s和f_m分别表示预测的运动轨迹和数据库中的运动序列中的两帧，则在一个窗口内，两帧差异公式可以表示为：其中ws为跳转窗口的大小，J为虚拟人的关节数量，p_j(f_si)表示f_si帧第j个关节的位置，类似的θ_j(f_si)为f_si帧第j个关节的方位角，T_θ，l(f_s0，f_m0)是一个坐标变换操作，根据身体不同部位对相似度计算贡献的大小，w_pj和w_θj分别对第j个关节的线距离和角距离加权；4)采用基于物理的方法生成反应跟随性运动来衔接事件发生前、后这两段运动序列，其步骤为：(1)将原始序列与搜索到的序列进行插值，得到关节在跳转前后两段序列插值后的姿态角θ_blend(t)，(2)在物理模拟的过程中，动力学控制器沿着前后两段序列的插值序列生成相应的反应动作；(3)对于每个关节，动力学控制器采用比例微分伺服器计算作用在其上的力矩：τ=ks(θblend(t)-θcur)-kd(-θ·cur)]]>其中k_s和k_d分别为相应关节的刚性和阻尼增益，θ_cur和分别表示当前的关节姿态角和角速度；5)采用生物力学原理对生成的反应跟随运动进行调整，其步骤为：(1)采用比例微分控制器产生的力矩将向T姿态连续地驱动上部肢体，(2)控制器驱动双臂跟踪身体的着地点、生成保护性的动作以避免受到伤，(3)采用控制器驱动虚拟人到达或接近将要跳转的运动序列的初始姿态。