利用反向動力學(xué)仿真的機(jī)器人動畫方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種利用反向動力學(xué)仿真的機(jī)器人動畫方法，包括步驟a、建立研究對象的層次結(jié)構(gòu)關(guān)系，即將研究對象分為多個骨骼鏈；步驟b、利用循環(huán)坐標(biāo)下降法分析上述骨骼鏈之間的反向運動；步驟c、對上述骨骼鏈中的關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行約束處理。達(dá)到快速簡單且準(zhǔn)確的獲取目標(biāo)運動情況的目的。
【專利說明】利用反向動力學(xué)仿真的機(jī)器人動畫方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及計算機(jī)科技【技術(shù)領(lǐng)域】，具體地，涉及一種利用反向動力學(xué)仿真的機(jī)器 人動畫方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著科技的發(fā)展，計算機(jī)技術(shù)逐漸應(yīng)用于社會的方方面面，尤其是對于國防軍事 方面也有很大的推動作用，在這個機(jī)器自動化的信息時代，軍事戰(zhàn)略一直是國家戰(zhàn)略的一 個重要部分，軍事上的變革和戰(zhàn)爭給國防科技發(fā)展新的推動力，為了鞏固國防力量，各個國 家都力圖掌握更先進(jìn)的軍事技術(shù)手段，因此軍事技術(shù)越來受到國家的重視。
[0003] 近幾年來，新軍事革命問題成為人們關(guān)心的熱門話題，新的軍事科技的發(fā)展影響 表現(xiàn)在：武器裝備的原理和種類不斷的多樣化，結(jié)構(gòu)的復(fù)雜化，這種軍事領(lǐng)域發(fā)生著快速的 變化，如：無人作戰(zhàn)航空器、微型攻擊機(jī)器人等，這一切的發(fā)明都需要科技的支持。目前機(jī)器 人的動畫系統(tǒng)是采用三角函數(shù)中的余弦定理進(jìn)行數(shù)值分析來解決機(jī)器人在動力學(xué)應(yīng)用，這 種方法至多對于三個骨骼和三個節(jié)點的情況，如果是多個骨骼、多個關(guān)節(jié)的話，利用此方法 就會出現(xiàn)缺陷而無法處理。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于，針對上述問題，提出一種利用反向動力學(xué)仿真的機(jī)器人動畫 方法，以實現(xiàn)快速簡單且準(zhǔn)確的獲取目標(biāo)運動情況的優(yōu)點。
[0005] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：
[0006] 一種利用反向動力學(xué)仿真的機(jī)器人動畫方法，包括以下步驟：
[0007] 步驟a、建立研宄對象的層次結(jié)構(gòu)關(guān)系，即將研宄對象分為多個骨骼鏈；
[0008] 步驟b、利用循環(huán)坐標(biāo)下降法分析上述骨骼鏈之間的反向運動；
[0009] 步驟C、對上述骨骼鏈中的關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行約束處理。
[0010] 優(yōu)選的，所述步驟a中還包括：
[0011] 確定一個或者幾個目標(biāo)位置，讓各個骨骼鏈做旋轉(zhuǎn)變換，從而得到末端子骨骼所 處的目標(biāo)位置。
[0012] 優(yōu)選的，所述步驟b所述的循環(huán)坐標(biāo)下降法包括以下步驟：
[0013] 步驟b 1、從骨骼鏈中的末端子骨骼C連接的關(guān)節(jié)1開始，計算末端子骨骼C與末端 子骨骼的父骨骼B形成的夾角并旋轉(zhuǎn)；
[0014] 步驟b2、從B骨骼連接的關(guān)節(jié)2,計算B骨骼與B骨骼的父骨骼A形成的夾角并旋 轉(zhuǎn)；
[0015] 步驟b3、如旋轉(zhuǎn)后到達(dá)根關(guān)節(jié)3仍未達(dá)到目標(biāo)位置，則以末端子骨骼C的關(guān)節(jié)1重 復(fù)步驟bl，進(jìn)入下次循環(huán)，直到根關(guān)節(jié)3達(dá)到目標(biāo)位置。
[0016] 優(yōu)選的，對于骨骼鏈的旋轉(zhuǎn)為：
[0017] 設(shè)父骨骼A為開始，末端子骨骼C為終止，目標(biāo)位置為目標(biāo)；
[0018] 則計算絕對旋轉(zhuǎn)后連接點和目標(biāo)位置以及末端子骨骼C的相對位置；

【權(quán)利要求】
1. 一種利用反向動力學(xué)仿真的機(jī)器人動畫方法，其特征在于，包括以下步驟： 步驟a、建立研宄對象的層次結(jié)構(gòu)關(guān)系，即將研宄對象分為多個骨骼鏈； 步驟b、利用循環(huán)坐標(biāo)下降法分析上述骨骼鏈之間的反向運動； 步驟c、對上述骨骼鏈中的關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行約束處理。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用反向動力學(xué)仿真的機(jī)器人動畫方法，其特征在于，所述 步驟a中還包括： 確定一個或者幾個目標(biāo)位置，讓各個骨骼鏈做旋轉(zhuǎn)變換，從而得到末端子骨骼所處的 目標(biāo)位置。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的利用反向動力學(xué)仿真的機(jī)器人動畫方法，其特征在于，所 述步驟b所述的循環(huán)坐標(biāo)下降法包括以下步驟： 步驟b 1、從骨骼鏈中的末端子骨骼C連接的關(guān)節(jié)1開始，計算末端子骨骼C與末端子骨 骼的父骨骼B形成的夾角并旋轉(zhuǎn)； 步驟b2、從B骨骼連接的關(guān)節(jié)2,計算B骨骼與B骨骼的父骨骼A形成的夾角并旋轉(zhuǎn)； 步驟b3、如旋轉(zhuǎn)后到達(dá)根關(guān)節(jié)3仍未達(dá)到目標(biāo)位置，則以末端子骨骼C的關(guān)節(jié)1重復(fù)步 驟bl，進(jìn)入下次循環(huán)，直到根關(guān)節(jié)3達(dá)到目標(biāo)位置。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的利用反向動力學(xué)仿真的機(jī)器人動畫方法，其特征在于，對于 骨骼鏈的旋轉(zhuǎn)為： 設(shè)父骨骼A為開始，末端子骨骼C為終止，目標(biāo)位置為目標(biāo)； 則計算絕對旋轉(zhuǎn)后連接點和目標(biāo)位置以及末端子骨骼C的相對位置；
量為 Q, 目標(biāo)位置為O ; 然后將P、Q向量進(jìn)行坐標(biāo)系轉(zhuǎn)化后，通過源向量和目標(biāo)向量的叉乘得到旋轉(zhuǎn)軸，即旋 轉(zhuǎn)軸R : X Q ;旋轉(zhuǎn)角度等于源向量f和目標(biāo)向量^的夾角。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的利用反向動力學(xué)仿真的機(jī)器人動畫方法，其特征在于，所 述步驟中對關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行約束處理具體為： 旋轉(zhuǎn)角度的范圍角度是基于tpos下的，tpos即兩臂伸展，雙腿站立的狀態(tài)，預(yù)定義最 小值和最大旋轉(zhuǎn)角度；當(dāng)旋轉(zhuǎn)角度小于規(guī)定的最小角度時，此時骨骼旋轉(zhuǎn)角度就等于最小 角度，當(dāng)旋轉(zhuǎn)角度大于規(guī)定最大角度時，骨骼旋轉(zhuǎn)角度就等于最大角度。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2或4所述的利用反向動力學(xué)仿真的機(jī)器人動畫方法，其特征在于，還 包括步驟d，對于目標(biāo)位置變化和不需要達(dá)到目標(biāo)位置利用反向動力學(xué)進(jìn)行特殊的變換實 現(xiàn)，具體為當(dāng)角色在一個凹凸表面走路，會自動調(diào)節(jié)兩腳的高低，該情況下目標(biāo)位置是隨時 在變換的；為了適應(yīng)于角色在不同坡度的路面進(jìn)行自適應(yīng)的走路，根據(jù)路面的法線方向以 及腳的跨度產(chǎn)生左右腳的目標(biāo)點位置，目標(biāo)位置軌跡會根據(jù)坡度的斜度進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。
【文檔編號】G06T13/00GK104517310SQ201410564494
【公開日】2015年4月15日 申請日期:2014年10月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月21日
【發(fā)明者】張翼 申請人:無錫梵天信息技術(shù)股份有限公司