在计算机图形学领域,计算机三维人群动画是近几年的研究热点之一。计算机三维人群动画因为具有准确、智能以及操作性强的特点,已经在虚拟现实、计算机游戏、影视制作、模拟训练等领域得到广泛深入的应用。以防灾应急疏散演练为例,在防灾应急疏散演练中运用计算机三维人群动画技术,可以更有效的指导防灾减灾措施的制定,从而减少发生灾害或事故时的损失。随着计算机运算性能的不断提高,使用简单的粒子代替人体或者使用简易粗糙的三维人体模型的仿真动画已经无法满足人们的需求,逼真的计算机三维人群动画更能有效地吸引人们注意,而如何对真实的人体进行有效地三维建模,从而用于产生逼真的计算机三维人群动画是当前计算机三维人群动画仿真系统面临的一个重要挑战。传统的三维人体建模通常使用结构光或者激光扫描仪等专业设备,虽然能获得高精度的人体个性化模型,但是成本高而且操作复杂。使用CAD技术绘制建立人体模型的方法需要专业人员操作,而建立的人体模型容易出现缺乏真实感的问题。微软于2010年推出的Kinect设备,能够利用红外技术实现低成本下三维信息的快捷获取,推动了使用RGB-D传感器建立三维人体模型技术的发展,许多在此基础上的三维人体建模方法应运而生。逼真的三维人群动画的生成,需要使用具有真实感、较低的复杂度并且具有多样性的三维人体模型,而已有三维人体建模方法在运用于三维人群动画时仍然难以满足需求。为了给计算机三维人群动画仿真的角色设计提供更加丰富的创作工具,本文提出一种基于单台Kinect设备的分段式人体建模方法,首先将人体划分为头部和躯干两个大部分,然后分别对这两部分进一步分段建模,最后将人体分段模型合并,达到建立兼具真实感和低复杂度的三维人体模型的目标,并能够复用分段模型迅速扩展人体模型多样性,投入到计算机三维人群动画当中。本文主要工作与创新点有:(1)提出一种分段式的三维人体建模方法,该方法使用Kinect对人体头部与身体部分分别建模,并通过模型融合来取得完整人体模型的建模方法,该方法既可以避免直接对整个人体进行建模时无法兼顾扫描精度和硬件配置难度等问题,又能够通过参数匹配方法复用分段模型快速扩展模型多样性。(2)提出一种人机交互技术辅助的人体分段模型建模方法,该方法将Kinect设备使用的部分基于RGB-D传感器的人机交互技术用于辅助三维人体头部与躯干建模,可以更充分的利用其功能,并改善建模效果。(3)针对采用多细节层次化方法的计算机三维人群动画系统对三维人体模型层次化的需求,提出一种在分段式建模的基础上建立层次化三维人体模型的方法,该方法通过对人体各分段模型采用不同简化处理措施的方法建立层次化三维人体模型的方法,从而将所建模型运用到采用了多细节层次化方法的计算机三维人群动画系统中。结合相应的科研项目,并将上述研究成果应用于真实感人群疏散仿真平台中。该系统包含人群运动建模平台和三维实时渲染平台两大关键组件,具有场景建模、语义提取、路径规划、实时渲染等功能模块,用于人群应急疏散场景的仿真模拟。实验结果表明本文方法能够建立具有真实感和多样性且低复杂度的三维人体模型,从而可以用于生成逼真的三维人群动画。