人体运动学是研究人体活动科学的领域，主要利用计算机视觉的手段进行分析研究。目前，计算机视觉中的大部分三维运动分析都是基于对刚体运动的研究，刚体是许多质点组成的连续体，其距离总是恒定的。它是从实际物体中抽象出来的简化力学模型。在运动生物力学中，人体被看作是一个多刚体系统。然而在现实生活中，人体是一种典型的可变形体。由于可变形体的运动形式是多种多样的，因此在运动过程中通常难以获得运动物体的约束规律。相较于目前对刚体运动的分析研究，可变形运动体的分析还尚未成熟。近几年来，计算机图形学逐渐成为了一个热门的研究领域，它的一个分支是基于物理的可变形体运动分析。对可变形人体运动的分析与研究在虚拟现实、三维动画游戏、三维电影特效、高级人机交互、体育训练和医疗诊断等方面具有广泛的应用前景。

尤其是在虚拟现实技术的应用方面，随着互联网技术的不断发展，虚拟现实技术在现实生活中得到了广泛的应用。虚拟现实技术是仿真技术的一个重要方向，它是各种技术的集合，如仿真技术与计算机图形学人机接口技术、多媒体技术、传感技术、网络技术等，是一个具有挑战性的交叉技术前沿课题和研究领域。此外，可变形人体运动的分析和研究也有助于三维视觉特效的制作。对人体运动的捕获是目前计算机动画领域的热门话题，它的出现从根本上改变了传统三维动画的制作方式，很大程度上缩短了电影和动画的制作时间，大大提高了制作效率，并且使得动画人物角色更加生动、逼真。

目前，国外研究可变形人体运动的机构有以下几支著名的团队：蒙特利尔大学Magnenat. Thalmann在日内瓦建立的MIRALab、爱荷华州立大学虚拟士兵研究室（VSR）、N. I. Badler带领的美国宾夕法尼亚大学人体建模与中心（HMS）、斯坦福大学神经肌肉生物力学实验室（NSSR）、和Jessica Hodgging在美国卡内基梅隆大学建立的图形工作室和NaturalMotion公司。在动画影视领域，为了解决运动捕获无法实现高风险运动数据采集的问题，研究人员应用人体运动仿真技术来模拟这类高风险的动作。由NaturalMotion公司开发的endorphin角色动画软件是目前最具代表性的动画软件。基于庞大的真实人体运动数据库，结合人工智能和控制器技术，endorphin可以实现与复杂场景中的环境约束一致的人体运动模拟。虽然我国在人体运动仿真领域的起步较晚，但发展非常迅速。例如，中国科学院计算研究所李华和王兆其等在人体姿态识别、逆运动学求解、捕获数据关键帧编辑和人体动画合成等方面进行了深入研究，并在体育运动训练中引入数字图形图像技术，研制面向体育训练的三维人体运动仿真与视频分析系统，为我国体育健将提供强大的科技保证。华东师范大学软件学院王长波等在动画关键帧插值和人脸五官合成方面进行深入研究，针对虚拟交互展示中人脸互动合成问题，提出了一种新的人脸快速检测合成算法，可应用于医学美容以及数字娱乐领域。浙江大学计算机辅助设计与图形学国家重点实验室彭群生等提出一种基于人体骨骼长度的实时约束逆向运动学算法，实现多个关节点共同作用下的人体运动以及虚拟人群对现实场景中动态目标的合理避让。

2. 研究的基本内容与方案

2.1、基本内容

基本内容按照研究主要分为以下几个模块：学习和掌握计算机图形学及弹性动力学的相关理论知识和C 编程知识；学习可变形人体三维建模的原理及方法；利用Visual Studio设计一种基于弹性变形动力学的交互工具；将此交互工具应用于可变形人体三维肌肉骨骼模型；为可变形人体模型制作模拟动画。针对这些基本的内容，拟采用以下技术方案及措施。

2.2、技术方案及措施

可变形人体运动分析主要包括三个部分：第一部分是基于弹性变形动力学的交互工具的设计，第二部分是对可变形人体三维肌肉骨骼模型的应用，第三部分是为可变形人体三维模型制作动画。

第一部分是交互工具的设计，利用线性弹性动力学来产生弹性波状变形，依靠弹性波方程的解析解来生成基于物理的动画。

第二部分则是对可变形人体三维肌肉骨骼模型的应用，学习生物力学人体肌肉骨骼模型的相关知识和使用，将交互工具与可变形人体模型相结合。