虚拟足球运动员头球射门建模与仿真

论文摘要

虚拟足球运动员头球射门建模与仿真是虚拟人技术与运动生物力学方法应用于足球运动的确切体现,涉及了计算机图形学、虚拟现实、人工智能多个学科,国内外在此方面的研究尚不多见。本文从足球比赛中技术动作的重要性出发,对虚拟足球运动员的头球射门动作和路径规划进行分析和研究。首先在运动生物力学基础上对足球运动员动力学建模方法进行了研究,对头球技术和做出了深入的分析,给出了跳起正面头球时肌肉和关节的特点,并改进了虚拟足球运动员的骨架模型。其次以原地跳起正面头球为例把头球射门动作分解成屈膝,跳起,后仰,前倾,击球,下落六个阶段,创建了足球运动员的刚体模型,利用动力学方法普遍原理对其进行了头球射门建模分析,在此基础上利用虚拟足球运动员的骨架模型进行仿真实验,实验结果证明了该算法的可行性。最后引入遗传算法为虚拟足球运动员进行射门前的路径规划:改进个体的编码方式;从安全半径、动态避障和最短路径三个方面考虑设置适应度函数;利用选择、交叉和变异三个遗传算子,得到射门的最佳路径;之后进行计算机仿真,仿真结果证明了该算法的有效性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景和研究意义
• 1.2 国内外研究动态和水平
• 1.2.1 虚拟人技术
• 1.2.2 运动生物力学
• 1.2.3 足球场上的路径规划研究现状
• 1.2.4 虚拟足球运动员动作仿真的研究现状
• 1.3 论文内容安排
• 第二章 虚拟足球运动员头球射门基础理论
• 2.1 运动生物力学理论
• 2.1.1 运动生物力学理论产生和发展
• 2.1.2 运动生物力学理论方法
• 2.1.3 足球运动员动力学建模方法研究
• 2.2 足球运动员头球技术分析
• 2.2.1 头球动作概述
• 2.2.2 双脚跳起正面头球动作肌肉和关节分析
• 2.3 虚拟足球运动员骨架模型
• 2.4 小结
• 第三章 足球运动员头球射门动作建模分析
• 3.1 头球动作分解
• 3.2 足球运动员刚体模型
• 3.3 头球动作的动力学建模
• 3.3.1 原地起跳
• 3.3.2 跳起
• 3.3.3 后仰
• 3.3.4 前倾
• 3.3.5 击球
• 3.3.6 落地
• 3.4 仿真实验
• 3.5 小结
• 第四章 虚拟足球运动员路径规划
• 4.1 路径规划方法
• 4.1.1 路径规划的传统方法
• 4.1.2 路径规划的智能方法
• 4.2 遗传算法
• 4.2.1 问题的表达
• 4.2.2 初始种群的生成
• 4.2.3 适应度的确定
• 4.2.4 遗传算法的基本操作算子
• 4.2.5 终止条件的判定
• 4.3 基于遗传算法的虚拟球员路径规划
• 4.3.1 个体编码
• 4.3.2 适应度函数设置
• 4.3.3 遗传算子
• 4.3.4 终止条件
• 4.4 仿真实验
• 4.5 小结
• 第五章 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间的研究成果