随着计算机图形学的发展和显示技术的不断更新,把虚拟人体作为动画角色已经成为计算机动画中的研究热点。实现人体在三维虚拟空间的准确再现,不仅需要精确的几何模型,还要求逼真的动作。借由运动捕获技术可以获得虚拟人控制的真实运动数据,然而其运动复制的本质使得运动捕获数据依赖特定的场景,对用户需求改变的适应能力较弱。因此,如何提高运动捕获数据的重用性是虚拟人运动控制的主要困难之一。 本文对虚拟人的运动控制技术研究现状进行了深入的调查,并在该工作的基础上提出了TMC(Translation for Motion Clips)算法,该算法利用逆向运动学的混合插值实现虚拟人运动片段间的过渡。通过计算运动序列间的最佳匹配帧搜索连接过渡点,利用插值计算末端效应器的运动轨迹,通过逆向运动方程反算关节链的位置得剑虚拟人骨骼的空间状态。实验结果表明,逆向运动学保证了运动学约束的满足,线性混合插值将运动过渡所需要的扭矩最小化,同时保留了关节角度的约束,能实现不同类型运动之间的无缝连接。 最后,本文实现了TMC算法的一个特定应用场景。将虚拟人控制与数字化遗产结合,通过与北京天坛公园管理处合作,对祈年殿建筑群和历史文物进行三维重建和模拟,实现了祈年殿的全面数字化工程。TMC算法用于控制虚拟人运动片段间的衔接,实现了基于虚拟向导的祈年殿自动漫游功能,提供了能在普通计算机硬件平台上运行的实时虚拟环境,在高度真实的场景中包含丰富的历史信息和文化体验,为虚拟文化遗产、虚拟旅游提供了新的综合平台。