1、人体三维骨骼运动仿真研究毕业设计(论文)开题报告专 业： 计算机科学与技术 设计(论文)题目：人体三维骨骼运动仿真研究 指导教师： 纪明玉 2006年 03月 01日开题报告填写要求1开题报告）含“文献综述”）作为毕业设计）论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计）论文）工作前期内完成，经指导教师签署意见及所在专业审查后生效；2开题报告内容必须用黑墨水笔工整书写或按教务处统一设计的电子文档标准格式）可从教务处网页上下载）打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见；3 “文献综述”应按论文的格式成文，并直接书写（或打印）在
2、本开题报告第一栏目内，本科学生写文献综述的参考文献应不少于15篇（专科生不少于10篇，不包括辞典、手册）；4有关年月日等日期的填写，应当按照国标GB/T 740894数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。如“2002年4月26日”或“2002-04-26”。 毕 业 设 计）论 文）开 题 报 告1结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，撰写2000字左右（专科生1500字左右）的文献综述(包括目前该课题在国内外的研究状况、发展趋势以及对本人研究课题的启发)：文 献 综 述1 课题的介绍及在国内外的研究状况、发展趋势 计算机体视化及医学体数据
3、三维重建技术的研究是伴随着影像技术和计算机软硬件技术的发展而发展起来的。70年代，由于受当时计算机断层扫描技术发展水平的限制，切片的厚度和切片之间的间距都很大，因此早期的研究工作主要集中在轮廓连接的表面重建。这一时期，三维重建的基本思想已初步建立起来，但由于当时计算机的存储量还比较小，CPU的运算速度比较慢，因此处理大容量的多层医学图像显得力不从心，而且图像显示质量比较低。80年代是三维体视化技术迅速发展的年代。在这十年中，各种影像技术不断出现，如核磁共振成像、超声、正电子辐射断层摄像(PET)和单电子辐射断层摄像(SPECT)等影像技术逐渐成熟，他们能产生高分辨率低噪声的三维图像。此外，计算
4、机的性能大幅提高，计算机图形学技术也不断成熟，这些都极大地促进了体数据三维可视化技术的发展。在这一时期，研究人员提出了大量优秀的算法，使三维显示的速度和显示质量都取得了巨大提高，90年代三维重建技术逐渐趋向实用化，相继出现了一些成熟的产品，临床应用越来越广泛。三维医学图像较之二维图像有着无可比拟的优势，它可以为医生提供直观、清晰的器官和组织的三维结构信息，辅助医生准确、科学的确定病变体的空间位置、大小、几何形状以及与周围组织之间的空间关系，这些使得三维医学图像在医疗诊断、手术规划与模拟、放射治疗、医学教学和研究中发挥重要作用。目前，国外三维重建技术的研究正朝着与临床应用结合，与虚拟现实技术结合
5、以及专用三维显示硬件等几个方向发展。国内在这方面的研究始于90年代，目前己经有了一些产品，但由于三维重建技术的研究成本高，周期长，而且在医学方面上的应用要求非常高，这些都制约了该领域在国内的发展，多数产品还依赖于进口。因此，开展三维重建方面的研究，具有重要意义1。计算机图形学是研究怎样有数字计算机生成、处理和显示图形的一门新兴学科，国外的计算机教材将图形学定义为用计算将由概念或数学描述所表示的物体(而不是实物)图像进行处理和显示的过程，其侧重点在于根据物体描述模型、光照及想像中的摄影机的成像几何，生成一幅图像的过程。计算机图形学主要研究在计算机中如何表示图形如何利用计算机对图形进行分析，计算、
6、处理和显示的相关原理与算法2。计算机图形学在我国的应用于20世纪70年代起步，至今已在机械、电子、航空航天、建筑等多个领域得到了广泛应用，取得了明显了经济和社会效益，但我国这方面的人材缺乏，懂得计算机图形学的工程技术人员不多，或了解不深入也影响了这门新兴学科在我国的推广和应用，计算机图形学专门人材的培养是一项意义重大而又紧迫的任务，随着计算机图形学在我国的深入发展，必将在国民经济各个领域中发挥越来越大的作用3。2 实现控制人体骨骼运动的开发基础21MFC技术MFC(Microsoft Foundation Class Library )封装了为Windows 操作系统编写的应用程序的函数，是一
7、种称为应用程序框架的软件组成部分，其实质是一组标准功能子模块。MFC为应用程序的开发提供了一种面向对象的手段，使开发过程比直接使用WindowsAPI更为容易。MFC中的各种类结合构成了“应用程序框架”，并提供了用户接口的标准实现方法。建立Windows应用程序基于该框架，编程就是在其中填充应用程序所特有部分。开发以AppWizard创建的一个初级应用程序为基础，然后用AppStudio设计接口部分。再利用ClassWizard将这部分外国投资到代码中，最后用类库实现应用程序特定的逻辑4。22图形处理技术计算机多媒体技术的发展，使图形图像这类具有独特优势的信息表达和传播手段在社会生活的各个领域
8、都得到充分利用，并发挥着越来越重要的作用，但由于图形图像应用的技术含量和艺术含量都很高，实现起来难度较大，工作量也大，从而对应用人员的相关知识和技能要求很高，这使图形应用的普及受到很大的限制5。23OpenGL技术 OpenGL实际上是一个开放的针对于图形硬件的三维图形软件包，它独立于窗口系统和操作系统，以它为基础开发的应用程序可以十分方便地在各种平台间移植；从程序员的角度上来看，OpenGL实质上是一些指令和函数的集合，现在已经能够在多种平台上使用，如Window98/95、Window NT/2000、Mac OS、Bec OS、OS/2及UNIX。值得一提的是，随着Microsoft 公
9、司在Windows NT 和最新的Windows 2000 中提供了OpenGL标准及OpenGL三维图形加速卡的推出，OpenGL将在微机中得到广泛的应用，同时也为广大用户提供了在微机上使用以前只能在高性能图形工作站上运行的很各种软件的机会。OpenGL可以与各种编程语言紧密接口，便于实现人体骨骼的有关计算和图形算法，要保证算法的正确性和可靠性;OpenGL使用简便，效率高6。OpenGL图形开发者使用几个策略去成功创建OpenGL软件，包括以工具为基础的发展和手写代码。这两种途径都能在系统中利用软件模块性、高层接口的封装性。比如，一个数字映射库，用户接口库，或在系统中重用的字体渲染库。这些
10、工具和SDK能使支持的特性的假设成为潜在的OpenGL驱动和图形设备7。24OO思维 OO(Object Oriented,面向对象的)思维是软体师的心智运作过程，包括对问题的看法,以及如何藉由对问题的了解而导出解决方案，然后以可执行的软体系统来表达之。虽然每个人的思维模式并不尽相同，但下述各项是OO软体师的常见思维模式： a) 实体对应 b) 抽象 c) 拟人化OO思维有助于理清问题与软体解决方案之间的对应关系，让问题领域专家、使用者能藉其对问题的了解而轻易理解软体的组织与使用方式也让使用者热衷参与软体的开发工作8。造成软件危机的有两种复杂性：一种是非复杂性，一种是复杂性。非复杂性来自于不适
11、合于应用软件的范型，方法学和/或工具，面向对象编程有助于消除非复杂性9。面向对象编程是种新的思考问题的方法，它着重于面向对象对于计算的含义，以及如何构建信息才能把我的意图与其他人和机器进行交流10。面向对象的编程语言的设计出发点是为了能更直接地描述问题中客观存在的事物(即对象)以及它们之间的关系，面各对象技术追求的是软件系统对现实世界的直接模拟，是将现实世界中的事物直接映射到软件系统的解空间；它希望用户最大程度地利用软件系统，花费少量的编程时间来解决需要解决的问题。面向对象编程语言用一组数据描述该对象的静态特征，用一组方法来刻画该对象的动态特征面向对象编程语言用类来表示一组具有相同属性和方法的
12、对象面向对象编程语言用继承来延袭父类的共同性又具有自己的特殊性面向对象编程语言用封装机制把对象的属性和方法结合为一个整体面向对象编程语言通过消息连接来表示对象之间的这种动态联系1125模型制作技术3ds max是当前最流行的三维建模与动画制作软件，3ds max的推出，使PC机在三维动画制作方面真正达到了工作站级的水平，也逐渐成为广大三维与动画设计人员的首选软件12。3ds max具有建模、动画、材质、灯光、贴图和渲染等模块，并且各个模块的功能都十分强大，建模师可以用3ds max 建立各种角色模型和道具，给做好的模型进行贴图和材质调整，给角色绑定骨骼并制作出丰富有趣的动画13。26软件质量软
13、件的质量属性有很多，如正确性、精确性、健壮性、可靠性、容错性、性能、易用性、安全性、可扩展性、可复用性、兼容性，可移植性、可测试性、可维护性、灵活性等。这些属性分为两大类：“功能性”与“非功能性”。“十大”质量属性中，功能性质量属性有3个：正确性、健壮性和可靠性，非功能性质量属性有7个：性能、易用性、清晰性、安全性、可扩展性、兼容性和可移植性14。3 对该课题的启发 用一些三维图形制作软件来制作一些有重要意义的三维模型(比如人体骨骼模型)，并通过以面向对象编程语言(Visual C+ 6.0)为平台，以OpenGL为图形编辑和控制的应用程序接口来虚拟一些重要领域的真实情景。4 结束语我国的互连
14、网发展虽然比国外起步晚了几年，但是在地球村日益缩小的今天，借助于互联网络，新技术新产品传播地很快。只要我们认定目标，方法得当，政策得力，我们有信心在很短地时间内赶上先行国家，拥有中国自己的先进的图形技术15参考文献1 时丕丽.医学图像三维重建及可视化技术研究.分类号：R319.TP391.92 柳朝阳，周小平.计算机图形学图形的计算与显示原理.西安：西安电子科技大学出版社，2005.13 成思源，张群瞻.计算机图形学.北京:冶金工业出版社，2003.8 4 官章全，刘加明.Visual C+6.0 类库大全.北京：电子工业出版社，1999.12 5 谭明全.Visual C+图形编程技巧与实例
15、.北京：人发邮电出版社，2002.9 6 吴斌，段海波，薛凤武/译.权威编程指南.北京：中国电力出版社7 Digital Avionics Systems Conference, 2005. DASC 2005. The 24th8 什么是OO思维.http:/www.hi-9 鲍志云译.OOD启思录.北京：人民邮电出版社，2004.7 10黄明军，李桂杰译.面向对象编程导论.北京：机械工业出版社，2003.9 11张白一，崔尚森.面向对象程序设计-Java.西安：西安电子科技大学出版社，2003.112 宫鸣宇，许书明.3ds max 6实用教程.北京：清华大学出版社，2004.2 13 黄
16、少刚.3ds max 6 动画高级制作教程.北京：清华大学出版社，2004.10 14 林锐，韩永泉.高质量程序设计指南.C+/C 语言.北京：电子工业出版社，2003.615制作一个可控制的人体骨骼模型.rce.html 毕 业 设 计）论 文）开 题 报 告本课题的研究思路（包括要研究或解决的问题和拟采用的研究方法、手段）途径（及进度安排等）：1 研究，解决的问题以及解决方案OpenGL是目前比较流行的图形API，而人体骨骼模型的控制和运动在医学上有比较广泛的应用。三维建模技术是虚拟现实技术的一个方向，它被广泛用于医学和机械设计等领域。“人体三维骨胳运动仿真研究”的目的是利用三维仿真技术，
17、利用骨胳模型进行编程和控制展示人体骨胳及运动，主要包括三维建模技术及实现，人体运动方式设计等。 根据以上研究的内容，需解决的问题和解决方法如下：(1) 需要的人体骨骼模型从Poser 5.0中导出人体骨骼,如下：身体躯干 BODY.3DS头部 HEAD.3DS左臂 LSHOULDER.3DS右臂 RSHOULDER.3DS左小臂 LELBOW.3DS右小臂 RELBOW.3DS左手 LHAND.3DS右手 RHAND.3DS左大腿 LTHIGH.3DS右大腿 RTHIGH.3DS左小腿 LFEET.3DS右小腿 RFEET.3DS左脚 LFOOT.3DS右脚 RFOOT.3DS (2) 需所选
18、用的环境以visual c+ 6.0 为平台，采用 OpenGL来导入和控制人体骨骼模型的运动。(4)人体骨骼组合如下： (5)控制方法通过编写仿真程序来控制人体骨骼模型的运动，用户所输入的命令操作被转化为运动命令，从而达到控制骨骼模型运动的效果。2 进度安排2006-02-01 到2006-02-20 系统调研，准备相关资料，完成开题报告2006-02-21 到2006-03-05 用户需求调查，消化吸收资料，提出系统设计方案2006-03-06 到2006-03-16 方案设计2006-03-17 到2006-05-10 程序详细设计，调试与测试2006-05-11 到2006-06-01
19、 撰写论文与装订2006-06-02 到2006-06-08 准备论文答辩2006-06-09 到2006-06-12 论文答辩 毕 业 设 计）论 文）开 题 报 告指导教师意见：1对“文献综述”的评语：针对OpenGL特点和发展趋势，文献综述进行了较为全面及细致的分析、比较和论述，尤其对三维仿真的介绍、研究现状及发展趋势进行较为详细的论述。文献综述撰写规范，文献资料分析全面、透彻，思路严谨、合理，为顺利完成毕业设计奠定了一定的基础。2对本课题的研究思路、深度、广度及工作量的意见和对设计（论文）结果的预测：本课题研究以Visual 6.0为平台，采用OpenGL技术设计人体骨骼的运动方式，用于医学应用和实践教学。根据客户需求给出初步的设计方案，拟运用.OpenGL技术，以软件工程理论为指导，结合OpenGL的开发的特点，计划以Visual 6.0、OpenGL等语言为工具。课题有一定的深度和广度，工作量饱满，对于设计者也是一次综合所学知识、提高业务水平、充分联系实际的很好的锻炼机会。 指导教师： 年 月 日所在专业审查意见： 负责人： 年 月 日
