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生成的高技术模拟系统。
虚拟人实际上是虚拟现实的一个具体运用分支，即对现实的再现，通过处理人运
动时的参数来再现人运动时的肢体状态，使得在现实中快速的运动得以精确的分析，相
比以往的摄影、录像等方式，具有直观、高效、真实的特点。
1.1. 研究背景与现状
虚拟人是人在计算机生成空间(虚拟环境)中的几何特性与行为特性的表示，是
多功能感知与情感计算的研究内容。三文虚拟人角色的关键技术是几何建模、运动
控制以及实时绘制。目前，国内外常用的方法是：首先通过专业的商用软件(如
Blender)进行虚拟人的几何建模，得到基于骨架的虚拟人模型，然后按照关键帧方法，
利用动画工具软件，设计动画中虚拟人每一帧的运动状态；或者通过读入外部运动
数据(如运动捕获数据)来实现动画效果。最后，将虚拟人模型和动画嵌入到虚拟环
境中。当模型或动画和虚拟场景不匹配时，必须返回前几步重新手工处理。这些方
法能实现比较逼真的动画效果，但是局限性很大。这些方法依赖于经验丰富的动画
师，并且开发周期比较长，如果虚拟人达到一定规模，其工作量非常大。而且，通
过这些方法得到的模型和动画已经固化，加入到不同的虚拟环境中后，很难根据场
景的变化进行改变。国外已有一些专门的软件包提供专门的三文模型和运动属性，
比如Di Guy，VLNet，Jack等。Di Guy最初应用于军事仿真中，但现在已经包含了
多种角色的仿真，如：男性与女性、飞行甲板人员、防化人员、以及体育人员的仿
真。VLNET(Virtual Life Network，虚拟生命网络)由瑞士联邦技术研究所计算机图形
实验室(LIG)研究开发的一个网络化虚拟人合成系统。JACK是美国宾夕法尼亚大学
人体仿真与建模中心研制的一个虚拟合成软件系统，该软件可以将导入设计好的
CAD模型作为虚拟世界，并在其中放人多个虚拟人，控制他们的运动，以此在图形
工作站上支持虚拟人的定义、定位、动画以及人的因素分析。为有效控制虚拟人的
运动，系统还提供了多种复杂人体运动交互控制手段，如运动约束，人体平衡，碰
撞检测与碰撞响应，行走，抓取。这些软件能够生成个性化三文角色动画，但是操
作复杂，模型的可编辑性和运动的逼真性有待改进。
美国宇航局 （NASA）的Ames实验室完善了HMD；并将VPL的数据手套工
程化，使其成为可用性较高的产品。NASA研究的重点放在对空间站操纵的实时仿
真上，大多数研究是在 NASA的约翰逊空间中心完成的。他们大量运用了面向座舱
的飞行模拟技术。NASA完成的一项著名的工作是对哈勃太空望远镜的仿真。NASA
的Ames现在正致力于一个叫“虚拟行星探索”（VPE）的试验计划，这一项目能使
“虚拟探索者”（Virtual Explorer）利用虚拟环境来考察遥远的行星，他们的第一个
目标是火星。现在 NASA己经建立了航空、卫星文护VR训练系统，空间站VR训
练系统，并且已经建立了可供全国使用的VR教育系统。
北卡罗来纳大学 （UNC）的计算机系是进行 VR研究最早最著名的大学。他
们主要研究：分子建模、航空驾驶、外科手术仿真、建筑仿真等。在显示技术上，
UNC开发了一个帮助用户在复杂视景中建立实时动态显示的并行处理系统，叫做像
素飞机（Pixel planes）。
Loma Linda大学医学中心是一所经常从事高难度或者有争议课题的医学研究单
位。David Warner博士和他的研究小组成功地将计算机图形及VR的设备用于探讨与
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