[发明专利]实时可控步长的人体腿部连续直线走动的运动生成方法

摘要

本发明公开了一种实时可控步长的人体腿部连续直线走动的运动生成方法，包括步骤一、三维人体运动建模对虚拟人体腿部关节链的几何结构进行设定，再根据Boulic走动模型的建模方法建立虚拟人体直线走动的腿部运动模型；二、单步步长序列设定三、不同单步步长的单步运动姿势序列确定；四、走动运动姿势序列实时生成根据步骤二中所设定的单步步长序列和步骤三中所确定的不同单步步长的单步运动姿势序列，生成虚拟人体直线走动过程中的走动运动姿势序列。本发明方法步骤简单、设计合理且实现方便、使用效果好，能通过单步步长控制达到步长可控的目的，并能实现相邻变化步长走动运动之间的平滑过渡。

主权项

一种实时可控步长的人体腿部连续直线走动的运动生成方法，其特征在于该方法包括以下步骤：步骤一、三维人体运动建模：先通过参数设置单元对虚拟人体腿部关节链的几何结构进行设定，再根据Boulic走动模型的建模方法，采用数据处理设备建立所述虚拟人体直线走动的腿部运动模型，所建立的腿部运动模型为Boulic走动模型；所述参数设置单元与所述数据处理设备相接；步骤二、单步步长序列设定：采用所述参数设置单元对单步步长序列进行设定，并对所设定的单步步长序列进行同步存储；所述虚拟人体直线走动过程中左腿或右腿向前迈出一步称为单步，且左腿或右腿向前迈出一步的步长称为单步步长SL；所述单步步长序列中包含N个单步步长设定值，N个所述单步步长设定值按照时间先后顺序由前至后排列；其中N为正整数且其为所述虚拟人体直线走动过程中向前迈出的单步步数；N个所述单步步长设定值中包括n个不同数值的单步步长设定值，其中n为正整数且n≤N；步骤三、不同单步步长的单步运动姿势序列确定：采用所述数据处理设备先根据步骤一中所建立Boulic走动模型，对单步步长SL与走动速度RV之间的关系进行确定；之后，再根据所确定的单步步长SL与走动速度RV之间的关系，对n个不同数值的单步步长设定值对应的单步运动姿势序列分别进行确定；所述单步运动姿势序列为所述虚拟人体向前迈出单步过程中腿部姿势P(t％)随时间变化的序列；其中，t％为一个走动周期内各时刻的相对时间且t％＝0％～100％，所述虚拟人体的左右腿分别向前迈出一步为一个所述走动周期；对任一个单步步长设定值SLj对应的单步运动姿势序列进行确定时，先根据所确定的单步步长SL与走动速度RV之间的关系，对单步步长SL为单步步长设定值SLj时所述虚拟人体腿部的走动速度RVj进行确定；再根据所建立Boulic走动模型中所述虚拟人体腿部各关节的旋转角度与走动速度RV之间的关系，对走动速度RV为走动速度RVj时的单步运动姿势序列进行确定；其中，j为正整数且i＝1、2、…、n；步骤四、走动运动姿势序列实时生成：根据步骤二中所设定的单步步长序列和步骤三中所确定的不同单步步长的单步运动姿势序列，采用所述数据处理设备生成所述虚拟人体直线走动过程中的走动运动姿势序列；所述走动运动姿势序列中包括N个单步的单步运动姿势序列，N个单步的单步运动姿势序列按照时间先后顺序由前至后排列；步骤一中所述腿部关节链包括脊柱尾部关节、左髋关节、右髋关节、左膝关节、右膝关节、左踝关节、右踝关节、左脚趾关节和右脚趾关节；步骤一中对所述腿部关节链的几何结构进行确定时，需对所述虚拟人体的腿部骨骼宽度D1、大腿骨长度LH、小腿骨长度LL和脚骨长度L1进行确定，其中左髋关节与右髋关节之间、左膝关节与右膝关节之间、左踝关节与右踝关节之间以及左脚趾关节与右脚趾关节之间的间距均为D1，左踝关节与左脚趾关节之间以及右踝关节与右脚趾关节之间的间距均为D1；步骤三中所确定的单步步长SL与走动速度RV之间的关系为：SL＝LH·[sin(565/27·RV)+sin(30·RV)]+LL·[sin(790/49·RV–825/343)+sin(565/27·RV+3)] (12)；步骤三中对任一个单步步长设定值SLj对应的单步运动姿势序列进行确定时，根据公式(12)对单步步长SL为单步步长设定值SLj时所述虚拟人体腿部的走动速度RVj进行确定。