基于二阶倒立摆的人体运动合成  

Locomotion Synthesis for Humanoid Character Based on a Double Inverted Pendulum Model

作　　者：赵建军[1,2] 魏毅[1] 夏时洪[1] 王兆其[1] 

机构地区：[1]中国科学院计算技术研究所前瞻研究实验室移动计算与新型终端北京市重点实验室,北京100190 [2]中国科学院大学,北京100049

出　　处：《计算机学报》2014年第10期2187-2195,共9页Chinese Journal of Computers

基　　金：国家"八六三"高技术研究发展计划项目基金(2007AA01Z320;2012AA011501);国家自然科学基金(61173067;61272322);"十二五"国家科技支撑课题(2013BAK03B07)资助

摘　　要：为了合成物理真实、实时可控的人体运动,提出了一种基于二阶倒立摆的人体运动合成方法.方法分三步实现:首先将人体运动状态映射为一个二阶倒立摆模型;然后根据步态控制参数与环境约束,对二阶倒立摆进行运动规划;最后基于二阶倒立摆的运动,根据人体运动规律与高层用户需求,优化计算关节力矩,合成人体全身运动.利用文中方法,通过设置不同的参数,如步幅、步频等,能够实时控制人体运动,生成物理真实的人体运动.与现有的低维模型方法相比,该方法能够生成更加自然真实的人体下肢运动.该文合成方法既不需要使用运动捕获数据,也无需耗时的离线优化.In this paper,we propose a physics-based locomotion controller based on a double inverted pendulum model.This method is realized in three steps.Firstly,human motion is mapped into a double inverted pendulum model.Secondly,the low-dimensional model is simulated according to constraints of the environment and gait parameters.Finally,full body controller is optimized to match the motion of the low dimensional model,and meanwhile high-level user commands and biomechanical properties are considered.We evaluated our controller by applying with different gait parameters and the synthesized motions follow high-level user commands at interactive rates.Compared with the existing methods based on other low-dimensional models,our method can generate more natural movements of lower limbs.No motion capture or off-line optimization process is used.

关 键 词：基于物理的人体运动合成 二阶倒立摆 运动控制 优化 虚拟现实 计算机图形学 

分 类 号：TP391[自动化与计算机技术—计算机应用技术]