1、虛擬人運動建模與仿真技術的研究是一項涉及到物理學、機器人學、生物力學和計算機圖形學等多學科交叉的具有挑戰(zhàn)性的課題?；谖锢砟Ｐ偷奶摂M人運動仿真是計算機圖形學與動畫技術的研究熱點，但對于運動學與動力學計算的算法卻一直沒有得到深入研究。研究人員通常是直接使用傳統(tǒng)機器人學的運動建模與仿真控制技術。然而，由于人體模型龐大的自由度與復雜的運動鏈結構，人體模型的運動控制技術與機器人系統(tǒng)相比難度要高得多。因此，基于物理的人體運動建模與仿真迫切需要更為

2、高效的運動生成與控制技術。
　　 本文首先介紹了人體運動建模與仿真的背景與意義，簡要介紹當前國內外研究現(xiàn)狀。然后，本文對以下幾方面進行了深入研究：逆運動學算法、變結構運動鏈建模、多剛體系統(tǒng)正動力學計算與人體伸及運動仿真。本文的主要工作與創(chuàng)新點如下：
　　 (1)當前逆運動學求解算法，計算開銷大，生成姿態(tài)不自然。針對該問題，提出雙向啟發(fā)式逆運動學求解算法BHIK。BHIK算法將尋找關節(jié)位置的問題轉換為尋找直線上某個點的計算

3、問題，通過雙向迭代過程來計算關節(jié)位置，通過每次調解單個關節(jié)角度來縮小系統(tǒng)誤差。算法將關節(jié)約束分解為旋轉與定位兩個部分，在每一步迭代計算中應用關節(jié)約束，從而實現(xiàn)關節(jié)的移動范圍控制。BHIK算法在迭代計算中避免了關節(jié)的旋轉操作，利用二維約束橢圓簡化約束問題求解，克服了當前逆運動學方法時間復雜度高以及易產生奇異性的問題。
　　 (2)針對在人體運動模型中運動鏈結構變化問題，提出桿件連通性描述方法，該描述法利用指針表明相鄰桿、父子桿與虛

4、擬桿關系，便于實現(xiàn)動力學遞歸計算。通過將原始閉鏈切分為若干關節(jié)得到虛擬開鏈結構，然后利用開鏈結構驅動關節(jié)角度雅可比矩陣，給出一般閉運動鏈與開運動鏈的動力學方程。該方法有效解決了傳統(tǒng)動力學計算方法無法直接應用于閉式運動鏈的問題?；诒疚奶岢龅臈U件連通性描述方法與閉運動鏈的動力學方程，提出一種基于分析法的碰撞接觸模型，采用試差法來尋找滿足單面約束的約束條件與約束力。
　　 (3)針對單位矢量法在人體模型正向動力學求解中復雜度過高的問