[发明专利]利用球面展开侧写进行手部三维网格模型骨架提取方法

权利要求书

1.一种利用球面展开侧写进行手部三维网格模型骨架提取方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

步骤1.将手部三维网格模型转换为球面展开侧写，输入图像对应张量的尺寸为(3，H_a，W_a)，其中H_a为输入图像的高度，W_a为输入图像的宽度，所述球面展开侧写是利用笛卡尔坐标系到球坐标系变换，将三维网格对应的曲面投影到三个互补的、由球坐标作为索引的侧写图像上，依次命名为射线侧写、经线侧写和纬线侧写；

步骤2.将步骤1得到的球面展开侧写结果送入一个热图回归网络输出手部关节热度图尺寸为(3*J，H_b，W_b)，其中J为手部关节数目，H_b为输出手部关节热度图的高度，W_b为输出手部关节热度图的宽度；

步骤3.根据热图回归网络的输出结果计算手部节点球空间坐标；

步骤4.利用球坐标到笛卡尔坐标系的逆变换，将关节点球坐标转换为笛卡尔坐标。

2.根据权利要求1所述的利用球面展开侧写进行手部三维网格模型骨架提取方法，其特征在于，步骤1中所述将手部三维网格模型转换为球面展开侧写的具体方法是：

步骤1.1.将给定手部网格模型归一化：具体地，将网格模型顶点的均值位置作为笛卡尔空间的原点，并利用最远顶点到均值点的距离作为缩放因子施加到模型的每个顶点上，经过这一步，整个模型被限定在单位球所包含的笛卡尔空间中；网格模型表面上的任意一点(x，y，z)可以通过下面的公式转化为球空间坐标表示

由于“atan2”函数的值域范围为(-π，π)，为了便于之后的图像坐标转化，对于负值的增加2π，其中ρ表示表面点到原点的距离，θ表示表面点与原点连线与Z轴的夹角；表示表面点与原点连线在XoY平面投影与X轴的夹角，显然，对于归一化后的任意表面点，有ρ∈[0，1]，θ∈[0，π]，

步骤1.21根据归一化后的手部模型生成射线侧写图像Pr：射线侧写的生成方式等效为在归一化后的坐标原点放置一台激光雷达，对整个模型进行球扫描，扫描过程中，每条由确定的射线与表面相交的最远点被记录在结果图中，设结果图像大小(W_a，H_a)，其生成过程的数学表达式为：

步骤1.22根据归一化后的手部模型生成经线侧写图像P_s：经线侧写的生成方式等效为在归一化的坐标原点使用一系列半径由0到1的球，记录球上每条由确定的经线(半圆弧)与曲面相交的点集中距离XoY平面最近的点，设结果图像大小(W_a，H_a)，其生成过程的数学表达式为：

步骤1.23根据归一化后的手部模型生成纬线侧写图像P_c：纬线侧写的生成方式等效为在归一化的坐标原点使用一系列半径由0到1的球，记录球上的每个由(ρ，θ)确定的纬线圈⊙c与曲面相交的点集中距离XoZ负半平面最近的点，设结果图像大小(W_a，H_a)，其生成过程的数学表达式为：

步骤1.3将步骤1.21-1.23生成的三张侧写灰度图串联，分别存储到彩色图像的三个通道，得到的结果即“球面展开侧写”。

3.根据权利要求1所述的利用球面展开侧写进行手部三维网格模型骨架提取方法，其特征在于，所述热图回归网络由残差模块级联，有编码器和解码器两部分，其中编码器的每一个卷积层采用膨胀卷积与环形补全的方式，用于改善球面展开侧写上因球面到平面映射而导致的畸变；编码器和解码器被设计为对称结构，特征图尺寸大小相同的残差块之间由类U-Net的结构连接。

4.根据权利要求1所述的利用球面展开侧写进行手部三维网格模型骨架提取方法，其特征在于，步骤2中输出的手部关节热度图中，前J个通道的关节热度图对应由射线侧写回归的关节点慨率分布图；中间J个通道的关节热度图对应由经线侧写回归的关节点概率分布图；最后J个通道的关节热度图对应由纬线侧写回归的关节点(ρ，θ)概率分布图。