多层次姿态可变辐射虚拟人模型及其建模方法研究

辐射模拟对辐射防护研究有重要意义，辐射虚拟人模型又是进行辐射模拟的重要条件，因此研究辐射虚拟人模型具有重要意义。在很多辐射场景中，人体的姿态会不断变化，由于现有辐射虚拟人模型均为站姿，不能真实反应这类辐射场景，为此本申请提出拟将人体姿态变换机制加入辐射虚拟人模型，研究姿态可变辐射虚拟人模型。人体是一个具有200多个自由度的复杂对象，其姿态变换机制复杂，本申请基于人体动画领域的多层次人体模型技术研究姿态可变辐射虚拟人模型的姿态变换机制，提出包含 "骨骼层、肌肉层、器官组织层"三部分的多层次姿态可变辐射虚拟人模型；通过研究多层次姿态可变辐射虚拟人模型的表示方法和多层次姿态可变辐射虚拟人模型的建模技术，本项目将发展一组姿态可变辐射虚拟人模型和辅助建模软件。本申请针对现有辐射虚拟人模型姿态单一的不足，提出发展姿态可变辐射虚拟人模型，对提高姿态多变辐射场景的辐射模拟精度具有一定的意义。

辐射虚拟人模型的好坏对辐射模拟结果有重要影响，层析式辐射人模型因精度高而被广泛使用。但受数据获取手段等条件的限制，现有辐射虚拟人模型均为站姿，不能满足姿态多变的辐射场景的模拟计算。本项目受人体动画领域研究成果的启发，通过结合人体动画和辐射人虚拟模型相结合，发展了多层次姿态可变辐射虚拟人模型。本项目是计算机动画与辐射防护的交叉研究，研究内容涉及姿态可变辐射虚拟人模型的表示方法、建模技术，以及相关可视化算法等内容。.层析式辐射虚拟人模型难以进行姿态变换的关键是该模型不包含人体的拓扑结构信息，而人体又是一个具有200多个自由度的复杂对象，因此本项目通过在层析式辐射虚拟人模型中嵌入人体拓扑信息的方法实现姿态可变虚拟辐射人模型。H-Anim（Human Animation）标准是人体动画领域应用最为广泛的标准之一，它描述了人体的拓扑结构及关节之间的连接关系，能很好地表达人体的运动规则.本项目通过改进FFD（Free-Form Deformation）变形算法将层析式辐射虚拟人模型和H-Anim标准进行无缝结合，从而能够通过人体骨骼驱动层析模型变换姿态，实现包含H-Anim骨骼和层析数据的多层次姿态可变辐射虚拟人模型。.在建模方法方面，本项目提出“逻辑模型+物理模型”的建模思路：通过语义解析器关联物理模型和逻辑模型：逻辑模型表达用于人体结构特征、包含姿态变换的语义信息（如蹲下、站立等），从而允许用户直观、准确地表达所需姿态；物理模型是根据逻辑模型及相关的需求而自动生成地可用于物理计算的模型，物理模型对用户透明。因为逻辑模型仅和人体结构相关且包含高层语义信息，所以逻辑模型比较稳定且易于被用户接受，而物理模型对用户透明，所以“逻辑模型+物理模型”两层设计方法提升了建模方法的通用性和易用性。.形象、直观地展现虚拟人模型也是研究虚拟人建模方法的重要组成部分。本项目基于笔触的交互技术、高斯混合模型、图割算法等优化技术引入辐射虚拟人模型研究，发展了多种直观人机交互、高质量辐射人渲染等算法，并发展了相关平台软件，支持了辐射虚拟人模型的研究和应用。