虚拟人应用：机动车辆、军事研究与服装设计

（一）产品设计

在产品设计和制造业，人机工程技术已得到了广泛应用，尤其在产品设计领域中，人机标准数据库、三维人体模型以及一些简单的人机软件系统，已被广泛应用于设计过程，并作为检验和分析产品设计方案与人机关系的工具。

人机工程学研究的目的就是如何让机器及工作环境的设计，能更适合人的生理心理特点，让人在作业当中感受到舒适和便捷，提高工作效率。国外人机工程辅助设计的研究较为先进，比如虚拟人体、虚拟仿真与评价技术，应用在军事、工业、农业和医学等。但这些系统都不是针对中国人人体特征开发的，而国内在这方面的研究还相对比较落后。

（二）汽车设计和军事领域

在汽车设计中，虚拟人作为人体碰撞检测模型，结合有限元分析方法可以模拟各种交通事故对人体的意外创伤的实验研究，以及防护措施的改进，而汽车制造商也可以利用虚拟人来测试气囊的安全程度、座椅的舒适程度和驾驶过程模拟等，如图8-3所示。

图8-3 机动车辆仿真驾驶与设计评价中的虚拟人

虚拟物理人在物理刺激下的反应也可以用在军事研究上。自1996年开始，美国橡树岭国家实验室牵头酝酿虚拟人创新计划（The Virtual Human Project Initiative），其主要设想是将人类基因组计划与可视人计划的研究结果结合起来，完成人体的物理建模，能够模拟人体器官组织和整体在外界物理刺激下的反应（如胸部在钝器打击下的弹塑性变形）。

（三）航空航天

飞行器设计中的工效学研究可以包括驾驶舱的布局、人机界面的设计等。美国国家航空航天局（NASA）和宾夕法尼亚大学计算机与信息科学系联合开发的Jack软件系统，经历了十多年的时间，收集了上万人的人体测量数据。波音公司也曾利用虚拟现实技术进行虚拟座舱的布局，实现了高水平的实际座舱布局设计。

虚拟人数据来自于真实的人体数据，可以模拟人在座舱中的运动和操作，使驾驶舱布局等的设计更加符合宇航员的实际需要。

（四）服装设计与展示

虚拟服装设计广泛用于立体时装设计及服装工业、三维电影、电视和计算机广告特级制作等领域。通过网络，顾客与设计师共同利用人体三维服装模型进行二维服装衣片的设计，并把服装衣片缝合后穿戴在三维人体模型上。

另外，服装网络展示与销售系统已经在服装业得到广泛应用。消费者只要上传自己身材的必要数据，所选服装的类型等信息，网站可以计算出顾客的形体特征，然后给虚拟的顾客试穿所选款式的服装。顾客就能在自己的终端看到服装穿着动态效果，于是可以选择出最适合、最满意的服装。服装与展示设计系统研究框架，如图8-4所示。

图8-4 服装与展示设计系统框架

（五）舞蹈编排

舞蹈编排是指以舞蹈、动作及空间调度传达编舞家的概念，表达的可以是一个故事、一种情感或一种意象，配合音乐、布景、灯光和服饰等进行综合创作，以达到理想的效果。目前，国内的舞蹈编排一般依赖编排者个人的判定，凭借个人的审美能力和舞蹈知识。(www.xing528.com)

虚拟人技术的应用弥补了舞蹈编排者个人能力的局限与不足的缺点。一方面，舞蹈素材库的辅助为舞蹈编排提供了广泛编辑空间；另一方面，虚拟现实环境下的编排便捷而有效，大大节省了人力资源和时间。舞蹈编排系统中的虚拟人研究框架，如图8-5所示。

图8-5 舞蹈编排系统中的虚拟人研究框架

（六）体育系统仿真

体育系统仿真是综合计算机科学、图形学、运动训练学、决策学、管理学和心理学等众多学科的交叉学科。体育系统仿真以计算机仿真为手段，以真实的运动数据和科学的体育理论将体育运动利用计算机以生动、直观的形式表现出来。

虚拟物理人可以在一个由欧拉角描述的骨架模型的指导下，模拟运动员训练过程，实现优秀运动员特定动作合成与模拟，如质心轨迹、转动惯量的计算等。图8-6是Animation lab的Hodgins等人制作的跳水仿真。

图8-6 Animation lab的Hodgins等人制作的跳水仿真关键帧

（七）数字娱乐与传媒

数字娱乐与传媒的本质是虚拟现实，是科技发展到相当高度后诞生的新娱乐形式。数字娱乐的核心在于通过一定的软/硬件实现人和计算机程序的互动（interaction），在这个虚拟的过程中体会到精神上的快感。

虚拟人在数字娱乐与传媒中的研究，主要集中在人体建模和计算机特技制作。随着信息技术在影视创作中的应用，一种全新的影像捕捉技术使片中人物的逼真程度达到了前所未有的水平，成功地表达出以往计算机动画难以表达的“人类面部表情”以及“生命的真实感”，甚至连皮肤的纹理和衣服的褶皱这些细节的部分都栩栩如生。如图8-7所示的是《最终幻想》中的人物面部造型。同时，场景编辑技术使得大规模电影制作场景大大简化。运用计算机特技，从真实的拍摄场景锁定部分人物，通过从不同的队列中加以选取，然后在计算机中合成“千军万马”，如图8-8所示的是《英雄》中的秦军部队列阵。另外，在游戏中，Motion capture技术也被用来制作逼真的人体运动。例如，3D 游戏《小李飞刀》中运用Motion capture捕捉真人动作得到动作数据，用于游戏动画制作当中，如图8-9所示。

图8-7《最终幻想》中的人物面部造型

图8-8《英雄》中的秦军部队列队

图8-9《小李飞刀》中运用Motion capture技术捕捉人体动作用于3D游戏中