● 摘要
虚拟人自适应行为建模是近年来计算机辅助人机工程设计(Computer-Aided Ergonomics Design, CAED)、自然人机交互、虚拟现实等领域中一个备受关注的研究方向。现代设计理念认为，产品和制造系统需要实现以人为中心的设计。人机工程学的理论与方法及早和全面地应用于产品设计的全过程，有利于获得高效、安全、舒适、易于制造维修的产品设计方案。模拟工程环境中的人体自适应行为是实现人机系统的工效分析、综合评估与设计的基础。相关的研究对推动我国在设计、制造领域的现代化和信息化具有现实的理论和实际意义。本文的研究内容是针对复杂产品人机工程设计的需求提出的，在航空、航天设计领域有较大的实用价值。作者的工作重点是根据产品设计所具有的动态性、不确定性和环境多样性等特点，解决非结构性环境下虚拟人行为自适应控制和舒适度系统化评估等问题。现已取得初步的成果，主要研究工作及创新如下：(1)提出一个支持混合式人工智能策略的人机工程仿真系统架构。根据人机工程设计的需求分析，提出了该仿真系统设计的基本原则，建立了支持混合策略的人机工程仿真系统的形式化语义模型。 (2)设计了3D虚拟人的运动学控制模型。建立了一个由17个刚体和35个关节自由度构成的人体运动系统模型和虚拟人表面模型，并提出基于DH法(Denavit-Hartenberg method)的虚拟人体运动分治控制的基本策略。(3)建立了虚拟人工作状态的模糊多目标评估与优化模型。在模糊多目标评估理论的基础上，提出了一个系统化评估人体工作状态舒适度的综合评估模型。并以多维博弈论作为人体自适应行为优化的理论基础。(4)提出基于Multi-Agent技术的虚拟人自适应行为控制策略。在自适应行为生物学原理的基础上，将虚拟人行为的自适应控制转化为一个分阶段优化问题。将纳什(Nash)均衡理论用于虚拟人工作姿态的自适应优化控制，并使虚拟人体工作状态的综合舒适度达到纳什均衡条件下的帕雷托(V.Pareto)最优。(5)应用上述研究成果，作者开发了人机工程仿真及设计原型系统AASVF(Adaptive Actions Simulator--Virtual Factory) Ver1.0。本文提出的理论模型和算法均在仿真系统AASVF上得到了实现，并通过一系列仿真实验作了验证。