基于纹理动画的人体循经感传模拟研究与实现

论文摘要

经络学说是中华民族对世界文明的一大贡献,不但在国内广泛使用,而且有很多外国人前来学习、应用和研究。近年来以古典经络科学为指导的“针灸热”、“中医热”、“气功热”在世界各国风起云涌,以其独特的疗效为世界人民所欢迎。学习经络知识,尤其是学习针灸的需求日益增大。当今我们正处在的时代,充分的利用飞速发展的计算机软硬件技术为中医人体经络的相关知识的演示和教学和推广提供一个有力的工具,具有重要的现实意义。也正是本文的主要研究目的和方向。本文主要在三维人体经络模型的构建、显示及三维经络动画演示方面进行深入的研究与探索。在传统和现代的经络学说的基础上,结合先进的图形学技术和计算机三维动画技术,构建一个信息量丰富的数字化的三维人体经络模型,侧重于从总体和综合的角度去展示人体经络、穴位、脏腑、疾病间的关系。并且在模型的基础上,实现经络现象,尤其是对循经感传现象的演示和模拟。为经络学说及针灸疗法的临床、教学和演示的交互式系统提供一种直观的、有利于全面观察和综合分析的有力工具。本文的主要研究工作和成果:1、构建了一套人体经络的数字化模型,包含人体皮肤、骨骼、主要脏腑等模型,并根据中医记载在模型上定位了人体主要十二经经穴和经外奇穴共430多个穴位和十二正经的循行分布路线。利用灯光、材质和纹理等真实感显示的相关技术,达到了较好的视觉效果。2、在对循经感传现象的特点进行分析的基础上,得到了循经感传动画特有的动画模式。进而对三维动画技术,特别是纹理动画技术在循经感传演示中的应用进行了探讨。最终采用纹理变换和多重纹理混合技术实现了经络循行和循经感传现象的模拟。3、利用可编程GPU技术在硬件加速和编程灵活性方面的优势,采用HLSL着色语言对像素着色器和顶点着色器进行编程,实现了模拟循经感传的所需的纹理变换。获得了流畅、实时的动画效果。4、在充分了解中医经络知识特点的基础上,运用了数据库技术来组织有关中医知识,设计了人体经络信息数据库,作为系统中的动画演示和系统信息查询功能的支撑。并对数据库在系统和动画演示中的应用方式进行了探讨。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 1.1 研究背景和意义
• 1.2 国内外的研究与发展概况
• 1.3 本文的主要研究内容和章节安排
• 第二章 关键技术概述
• 2.1 引言
• 2.2 三维计算机动画技术
• 2.2.1 图形开发库
• 2.2.2 三维动画关键技术
• 2.2.3 三维动画技术在循经感传模拟中的应用
• 2.3 GPU 可编程流水线
• 2.3.1 图形流水线
• 2.3.2 可编程流水线的软、硬件支持
• 2.3.3 顶点着色器（vertex shader）
• 2.3.4 像素着色器（pixel shader）
• 2.3.5 效果框架（Effect Framework）
• 2.3.6 可编程GPU 在循经感传模拟中的应用
• 2.4 小结
• 第三章 三维人体经络模型构建
• 3.1 引言
• 3.2 人体模型的建立
• 3.2.1 建模方式
• 3.2.2 人体参数设定及数据来源
• 3.2.3 材质与纹理
• 3.3 穴位的定位
• 3.3.1 穴位定位方法
• 3.3.2 穴位数据保存
• 3.4 经络的定位
• 3.5 模型显示效果设置
• 3.5.1 *. x 文件格式
• 3.5.2 灯光与材质
• 3.5.3 透明度设置
• 3.5.4 纹理
• 3.6 模型构建结果及分析
• 3.6.1 模型构建流程
• 3.6.2 模型显示效果
• 3.7 小结
• 第四章 人体经络数据库的建立
• 4.1 前言
• 4.2 人体经络数据库设计
• 4.2.1 数据库中的表设计方案
• 4.2.2 数据库的表详细设计
• 4.3 数据库应用方式
• 4.3.1 信息查询
• 4.3.2 穴位显示和修改
• 4.4 小结
• 第五章 基于GPU 的循经感传模拟
• 5.1 引言
• 5.2 循经感传的特点
• 5.3 纹理动画技术
• 5.3.1 纹理动画在循经感传中的应用
• 5.3.2 纹理动画原理
• 5.4 经络循行动画的实现
• 5.4.1 经络循行动画设计分析
• 5.4.2 基于GPU 的动画实现
• 5.5 循经感传现象的模拟演示
• 5.5.1 循经感传动画设计分析
• 5.5.2 基于GPU 的多纹理混合
• 5.5.3 循经感传动画实现
• 5.5.3.1 动画设计
• 5.5.3.2 程序设计
• 5.5.4 结果与分析
• 5.6 小结
• 总结与展望
• 1. 本文的主要工作总结
• 2. 后续工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间的研究成果以及发表的学术论文