随着计算机软硬件、计算机图形学、计算机辅助设计、虚拟现实以及人工智能等技术的发展,融合了这些因素的计算机辅助人机工程正获得越来越广泛的关注与应用。 许多复杂高级的人机评价方法需要获取人体多种数据,包括骨骼、肌肉等的位置以及状态等,因此,简单的棒模型已经渐渐无法满足越来越高级的人机评价的需要,而必须提供真实的虚拟人体模型。 而在人机仿真方面,现有的多种动画生成算法则多适用于娱乐游戏等行业,或重视视觉效果甚于生理上的合理性,或计算复杂不适于进行实时应用,总之各有利弊。运动捕获方法虽然真实,但捕获过程中所使用的人体结构却偏于简单,与人体的真实情况有所差别,因此有必要研究如何改善人机工程仿真的真实度。本文针对这两方面进行了一定的改进和创新。 首先本文以解剖学为依据,建立了一个较为复杂但更加真实的虚拟人体骨骼层模型。为进一步的肌肉层定位以及高级的人机评价方法实现打下基础。 其次本文提出了一种通过使用施加约束的逆向运动学方法,在不同结构的虚拟人体模型之间进行运动重定向,同时满足时空约束以及人体生理约束。从而得以利用各种不同的运动捕获数据,获得效果逼真的人机仿真动画。 在综合介绍了计算机辅助人机工程的一些背景知识和研究现状之后,本文第二章介绍了基于解剖学所建立的虚拟人体模型,并对人体的部分生理约束以及运动表示有所描述:本文第三章详细介绍了在不同结构的虚拟人体模型之间进行运动重定向的方法;本文第四章详细介绍了逆向运动学的几种方法以及如何在这些方法上施加约束;本文第五章介绍了计算机辅助人机仿真评价系统Human的设计与实现方面的一些内容。最后第六章进行了总结并提出了未来的一些研究方向。