[发明专利]基于Kinect的体型自适应三维虚拟人体模型构建方法及动画系统

说明书

本发明公开了一种基于Kinect的体型自适应三维虚拟人体模型构建方法，包括：利用Kinect获取彩色和深度图像；从图像中识别人体；提取人体关节点数据；对人体关节点数据进行平滑操作；提取真实人体在深度图像中臀宽和身高；计算真实人体与标准人体体型数据的比例系数；通过比例系数调整虚拟人体模型；计算骨骼间旋转矩阵；对虚拟人体模型进行骨骼运动及蒙皮操作，渲染更新后的三维虚拟人模型。相应地，本发明还提供了一种基于Kinect的体型自适应三维虚拟人体动画系统。本发明利用Kinect的人体关节点识别技术、骨骼动画技术及虚拟现实技术，构建适合真实人体体型的三维虚拟人体模型，并能利用Kinect驱动虚拟人体模型运动，本发明能增强真实感，大大提升用户体验。

技术领域

本发明涉及计算机图像处理领域和计算机图形学领域，特别是一种基于Kinect的体型自适应三维虚拟人体模型构建方法和动画系统。

背景技术

近年来，虚拟现实技术一度火热起来。虚拟现实技术是以计算机技术为核心，通过某种或多种传感设备可以创建“虚拟世界”环境，让用户沉浸其中并且能与之交互。虚拟现实技术能给用户提供视觉、听觉、以及触觉等方面的感受，使用户有种身临其境的感觉。

三维虚拟人动画在游戏和电影等行业都有着广泛的应用。通常类似于Maya和3DMax等商业动画软件可以制作三维虚拟人动画，但这些软件的使用操作复杂、工作量大，使用过程中依赖于以往的经验性，上手比较困难，往往需要专业人士操作。人体建模以及动画制作过程都需要大量的人机交互，计算机只能支持图形绘制和显示，需要极大地消耗动画制作人员的精力。动画中如果出现不同体型的动画角色，则需要提供不同的动画人物模型，并且这种方式制作的动画重用率不高，如果想要改变三维虚拟人的动作，需要重新制作一套动画。

发明内容

本发明为解决现有技术存在的不足，提供一种基于Kinect的体型自适应三维虚拟人体模型构建方法和动画系统。

本发明所采用的技术方案如下：一种基于Kinect的体型自适应三维虚拟人体模型构建方法，包括以下步骤：

S1、Kinect实时扫描获取人体的彩色图像和深度图像；

S2、利用获取的彩色图像和深度图像，识别人体；

S3、在识别的人体中获取人体关节点数据；

S4、对人体关节点数据进行平滑处理；

S5、获取深度图像中人体臀部宽度数据和人体身高数据；

S6、计算真实人体体型数据与标准人体体型数据的比例系数；

S7、调整人体模型体型，在符合标准人体体型的人体模型上，调整胖瘦系数和身高系数从而获得符合真实人体体型的人体模型；

S8、计算各骨骼旋转矩阵，根据真实人体关节点骨骼间的关系，以及人体模型初始姿态下的骨骼间的关系，从人体模型的根节点开始，利用罗德里格旋转公式，求出要各骨骼间的旋转矩阵；

S9、利用求得骨骼旋转矩阵以及线性混合蒙皮算法，渲染姿势更新后的人体模型。

作为优选，所述步骤S2中，对图像进行人体识别时，若未识别到人体，则重新获取彩色图像及深度图像；所述步骤S3中，对人体进行关节点获取时，若未获取到所有关节点，则重新获取彩色图像及深度图像。

作为优选，所述步骤S4中，使用滤波核大小为5的均值滤波平滑处理各个关节在三维空间中的坐标数据。

作为优选，所述步骤S5中，使用深度图像中的人体臀部宽度值和人体头部到双脚踝最低处的值表示人体臀部宽度数据和人体身高数据，具体包括如下步骤：

4.1)将通过Kinect关节点识别所获得的臀部关节、头部关节、左脚踝关节、右脚踝关节的相机坐标转化为深度图像中的坐标；