數(shù)字虛擬人一直是當(dāng)今的研究熱點(diǎn),其中最關(guān)鍵的就是造型問(wèn)題。人體模型越接近于真實(shí)的人體,產(chǎn)生的效果越逼真。手是人體的重要組成部分之一,具有肌肉變形和關(guān)節(jié)較多的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。因此,手部建模也是人體建模中具有挑戰(zhàn)性的關(guān)鍵技術(shù)。 

    到目前,手部建模技術(shù)不斷發(fā)展。T.S.Huang等采用基于樣條幾何曲面模型,此方法用樣條曲面去擬合復(fù)雜的任意幾何曲面,這些樣條曲面能夠盡可能構(gòu)造出所需的曲面,但需要許多參數(shù)和控制點(diǎn)。T.Heap等用一些3D數(shù)據(jù)來(lái)描述手模型,然后用一些多邊形來(lái)擬合。N.Shimada和J.Davis等則用一些需要少數(shù)參數(shù)的簡(jiǎn)單的幾何元素如一般柱面和二次曲面來(lái)構(gòu)建手部模型,這種方法大大降低了構(gòu)造曲面時(shí)復(fù)雜度。但是,這些模型在手部運(yùn)動(dòng)的仿真方面就顯得有些不太靈活。

    根據(jù)人體形態(tài)學(xué),肌肉是依附于骨骼之上的,如果孤立地建立肌肉模型,那么,就很不容易達(dá)到運(yùn)動(dòng)仿真效果。為進(jìn)一步完善手部建模技術(shù),文中借助人手的解剖學(xué)結(jié)構(gòu)來(lái)構(gòu)造手的模型,即先生成帶有約束參數(shù)的骨骼模型,然后結(jié)合特征橫截面所確定的控制點(diǎn)來(lái)構(gòu)造依附于骨骼模型之上的手部肌肉模型。

    為了使手的模型更逼真，必須要對(duì)人手的解剖結(jié)構(gòu)加 以深入研究。人手由肌肉和骨骼組成，肌肉依附在骨骼之 上，骨骼之間又是有好多關(guān)節(jié)相連。手是一個(gè)多關(guān)節(jié)的系統(tǒng)，它由27塊骨骼組成，分為腕骨、掌骨 和指骨。腕骨共8塊，排列成近遠(yuǎn)兩列，構(gòu)成一掌面凹陷 的腕骨溝，由關(guān)節(jié)巧妙地連接著，并且在手的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中 只有微小的形狀變化，因此在手模型中將其簡(jiǎn)化成剛體； 掌骨共5塊，由橈骨向尺骨依次為 1~5掌骨，近端為底，接腕骨，遠(yuǎn)端為頭，接指骨，中間部分為體，第一掌骨最短 而且粗；指骨屬長(zhǎng)骨，共14塊，除拇指僅有2節(jié)指骨外，其 余各指都有3節(jié)指骨，分別為近指骨、中指骨和遠(yuǎn)指骨。 人手由手腕、手掌、一個(gè)拇指和4個(gè)相鄰的手指組成，它們 由關(guān)節(jié)相互連接著。當(dāng)關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)時(shí)，各塊骨骼也在發(fā)生相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)，人手的形狀也隨著不斷地發(fā)生變化，即肌肉的擴(kuò)張和收縮。因此手部運(yùn)動(dòng)的自由度與這些關(guān)節(jié)緊密相關(guān)。