[发明专利]一种自动建立人体链状结构模型的方法及其系统

说明书

技术领域

本发明涉及计算机视觉和模式识别领域，尤其涉及一种自动建立人体链状结构模型的方法及其系统。

背景技术

人体链状结构模型的建立体现了人体各个部分的形状，大小以及连接关系，它蕴含了人体生理结构的先验知识。在有特征点的人体运动分析中，要描绘对象的运动，需要跟踪运动对象的特征点，计算关节中心的位置，驱动骨骼模型。对于不同的运动个体，需要按照人体模型的拓扑结构，指定重构出的三维特征点的名称及位置，建立符合要求的人体链状结构模型，才能继续完成跟踪任务，进而驱动骨骼模型。如何从运动序列的特征点轨迹信息中建立符合要求的人体链状结构为运动跟踪提供准确的先验知识是一项具有挑战性的工作。

以往的工作都是基于手工操作的，在得到特征点的运动序列之后，需要人工寻找运动序列中重构点数目满足要求的某一帧，然后手工标注出所有正确的特征点的名称。这样的操作方法，过程繁琐，效率低下；缺乏刚体间连线的提示信息，标注时很容易出现错误，同时由于重构时的错误发生并不能保证所有参与标注的特征点都是正确重构的特征点。

二十世纪九十年代以来，随着光学运动捕获技术的兴起，大量的三维人体运动捕获数据生成，并被广泛应用在计算机动画，医学仿真以及运动分析等领域。在获取运动捕获数据之后，如何从不准确和不完整的特征点数据中，根据人体模型拓扑结构，实现特征点的自动标注，快速准确的建立符合要求的人体链状结构模型进而运动跟踪，驱动骨骼模型是一个值得研究并具有实际应用价值的问题。

发明内容

本发明的一目的在于提供一种自动建立人体链状结构模型的方法及其装系统，用于从获得的三维特征点运动数据序列中，正确方便的得到适于进行运动跟踪的人体链状结构模型。

为了实现上述目的，本发明提供一种自动建立人体链状结构模型的方法，其特征在于，包括：

步骤1，确定人体链状结构的拓扑模型；

步骤2，获取人体运动的三维特征点序列；

步骤3，自动划分所述三维特征点序列中各个刚体及各个刚体所包含的特征点；

步骤4，根据所述拓扑模型对所述各个刚体所包含的特征点进行名称确定，建立人体链状结构模型。

所述的自动建立人体链状结构模型的方法，其中，所述步骤3中，进一步包括：

步骤31，构造所述三维特征点序列中各三维特征点之间的距离变化矩阵；

步骤32，根据所述距离变化矩阵，获得所述三维特征点序列中人体刚体的划分及所述各个刚体所包含的特征点。

所述的自动建立人体链状结构模型的方法，其中，所述步骤32中，进一步包括：

步骤321，将所述三维特征点序列中的特征点划分为两个集合，分别表示人体结构的上半身和下半身；

步骤322，对上半身的特征点集合划分为指定数目的特征点集合，每个特征点集合表示一个人体刚体；

步骤323，对下半身的特征点集合划分为指定数目的特征点集合，每个特征点集合表示一个人体刚体。

所述的自动建立人体链状结构模型的方法，其中，所述步骤4中，从人体的腰刚体开始，根据所述拓扑模型建立人体链状结构模型，包括：

步骤41，根据所述拓扑模型，确定所述三维特征点序列中该腰刚体所包含的各个特征点的名称；

步骤42，将已确定名称的特征点从特征点集合中去除；

步骤43，根据所述拓扑模型，寻找已确定名称的刚体与尚未确定名称的刚体之间所包含的公共点；

步骤44，将所述公共点加入到去除所述已确定名称的特征点后的特征点集合中，得到包含该公共点的刚体；

步骤45，重复步骤41到步骤44，直到特征点集为空。

所述的自动建立人体链状结构模型的方法，其中，所述步骤41中，进一步包括：

步骤411，对所述拓扑模型和所述三维特征点序列中该腰刚体所包含的特征点进行点集调整；

步骤412，在所述拓扑模型上，对该腰刚体所包含的经过点集调整后的特征点构造第一局部k-d Tree结构；

步骤413，根据所述第一局部k-d Tree结构，构造所述三维特征点序列中该腰刚体所包含的经过点集调整后的特征点的第二局部k-d Tree结构；

步骤414，利用所述第二局部k-d Tree结构确定所述三维特征点序列中该腰刚体所包含的各个特征点的名称。

为了实现上述目的，本发明提供一种自动建立人体链状结构模型的系统，其特征在于，包括：

拓扑模型确定模块，用于确定人体链状结构的拓扑模型；

运动序列获取模块，用于获取人体运动的三维特征点序列；