專利名稱：一種基于路徑的人體運(yùn)動(dòng)編輯方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于路徑的人體運(yùn)動(dòng)編輯方法，屬于圖像處理技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在虛擬現(xiàn)實(shí)中，虛擬人的作用是非常重要的。作為三維動(dòng)畫技術(shù)的一個(gè)重要分支，虛擬人體動(dòng)畫技術(shù)一直是國際圖形學(xué)界的研究熱點(diǎn)之一。該技術(shù)在許多領(lǐng)域都有重要的應(yīng)用。在文化領(lǐng)域，可以通過虛擬人的參與，重建成百上千年前的生活場景，起到文化遺產(chǎn)保護(hù)的作用；在體育仿真中，虛擬人可以用來模擬并訓(xùn)練士兵的操作技能、團(tuán)隊(duì)協(xié)作和決策能力并幫助運(yùn)動(dòng)員改進(jìn)和創(chuàng)新技術(shù)動(dòng)作；在人類及心理學(xué)中，虛擬人通常被用來輔助研究人員建立人體的行為和心理學(xué)模型.通過虛擬交互以及動(dòng)態(tài)測試.評(píng)估和驗(yàn)證模型的合理性:在動(dòng)漫產(chǎn)業(yè)中，人體動(dòng)畫更是起到了舉足輕重的作用，尤其在3D電影以及動(dòng)作類游戲中，虛擬人的身影隨處可見。隨著虛擬人技術(shù)的日益成熟，利用虛擬人來模擬真實(shí)人的行為井對(duì)其性能進(jìn)行評(píng)估，在軍事、醫(yī)學(xué)、娛樂和藝術(shù)等領(lǐng)域中受到越來越多的關(guān)注。最近，基于運(yùn)動(dòng)捕捉的動(dòng)畫技術(shù)由于其高效行，逼真性正逐步成為一個(gè)成熟的技術(shù)；但由于運(yùn)動(dòng)捕捉設(shè)備的昂貴性等，對(duì)運(yùn)動(dòng)捕捉數(shù)據(jù)的處理變得越發(fā)重要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)以上問題的提出，而研制一種基于路徑的人體運(yùn)動(dòng)編輯方法，其不僅可以修補(bǔ)運(yùn)動(dòng)捕捉結(jié)果中的問題，還可以解決其他問題如數(shù)據(jù)的復(fù)用，建立不可能運(yùn)動(dòng)等
坐寸ο本發(fā)明采取的技術(shù)方案主要包括如下幾步驟:第一步:自適應(yīng)調(diào)節(jié)腳高度閾值劃分支撐腳的算法；第二步:根據(jù)兩幀根節(jié)點(diǎn)的弧長確定根節(jié)點(diǎn)在新路徑上的位置，根據(jù)新路徑調(diào)整原始運(yùn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)角度；第三步:去除滑步；第四步:為了使新運(yùn)動(dòng)更靠近用戶指定的路徑運(yùn)動(dòng)我們?cè)黾恿穗p肩約束，對(duì)不滿足雙肩約束的我們進(jìn)行調(diào)整，對(duì)于雙肩都在左側(cè)的我們?cè)谛D(zhuǎn)原始運(yùn)動(dòng)的方向盡量使旋轉(zhuǎn)后的運(yùn)動(dòng)方向向右調(diào)整。本發(fā)明原理及有益效果:由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明適于廣泛推廣。


圖1是本發(fā)明的流程圖。圖2是行走一個(gè)步長腳尖的狀態(tài)及約束。圖3是人體骨骼模型。圖4是行走運(yùn)動(dòng)第一個(gè)步長的腳踝高度ε。
圖5是跑運(yùn)動(dòng)。圖6是走運(yùn)動(dòng)。圖7是方向旋轉(zhuǎn)。圖8是關(guān)節(jié)點(diǎn)平移去除滑步。圖9是利用最短歐拉距離判定/4最鄰近線段。圖10是雙肩約束檢測。圖11是原始運(yùn)動(dòng)方向dk，Clj在新路徑的逆時(shí)針方向，調(diào)整角度Θ m, Θ ^吏運(yùn)動(dòng)滿足雙肩約束。圖12是原始運(yùn)動(dòng)方·向dk，Clj在新路徑的順時(shí)針方向，調(diào)整角度Θ w θ n使運(yùn)動(dòng)滿足雙肩約束。圖13 Ca)是直線行走運(yùn)動(dòng)使用未添加雙肩約束的方法被編輯為沿半圓型路徑行走。圖13 (b)是直線行走運(yùn)動(dòng)使用添加雙肩約束的方法被編輯為沿半圓型路徑行走。圖13 (c)是直線快跑運(yùn)動(dòng)使用未添加雙肩約束的方法被編輯為沿半圓型路徑快跑。圖13 (d)是直線快跑運(yùn)動(dòng)使用添加雙肩約束的方法被編輯為沿半圓型路徑快跑。圖13 Ce)是直線慢跑運(yùn)動(dòng)使用未添加雙肩約束的方法被編輯為沿半圓型路徑慢跑。圖13 (f)是直線慢跑運(yùn)動(dòng)使用添加雙肩約束的方法被編輯為沿半圓型路徑慢跑。
具體實(shí)施例方式下面通過附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明，本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例為:一種基于路徑的人體運(yùn)動(dòng)編輯方法包括以下幾步驟，如圖1所示:第一步:自適應(yīng)調(diào)節(jié)腳高度閾值劃分支撐腳的算法根據(jù)捕捉數(shù)據(jù)的運(yùn)動(dòng)類型，用戶指定的最小約束幀的長度1，I的最大誤差Π，方面確定腳踝的高度閾值Φ，若某幀腳的高度小于Φ，則稱此幀為支撐腳；其中I與η的取值范圍與三維人體運(yùn)動(dòng)捕捉設(shè)備有比較緊密的聯(lián)系，不同的設(shè)備一秒鐘能捕捉的幀數(shù)不同，常見的有30幀/秒，60幀/秒，120幀/秒；CMU人體運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)庫中常見的數(shù)據(jù)是30幀/秒、120幀/秒且步長一般為8(Γ120幀；正常人行走的一個(gè)步長分為4個(gè)階段，故每個(gè)階段的最小約束幀的長度I的范圍為[20，60];本發(fā)明試驗(yàn)中采用I取值為20，I的誤差的設(shè)定可以很好的處理帶有噪聲的數(shù)據(jù)，I的誤差越大去噪能力越強(qiáng)但是就會(huì)導(dǎo)致每個(gè)階段界限不明可能會(huì)使R_階段的幀劃分到Acon階段中。其中，若以腳著地約束定義步長，我們把形走和跑步分為以下結(jié)果階段，Lcon為左腳支撐階段，A_為雙腳支撐階段，R_為右腳支撐階段，N_表示騰空階段；基于以上原因，設(shè)定I的最大誤差η為I的1/2。本發(fā)明實(shí)施例中設(shè)定η為10。腳踝的高度閾值Φ的確定方法步驟如下:1.預(yù)處理:計(jì)算出左右腳踝在全局坐標(biāo)系中的坐標(biāo)，即VlfMt，Vrfoot對(duì)應(yīng)的VWOTld ；2運(yùn)動(dòng)類型和用戶指定最小支撐腳約束幀的長度求出第一個(gè)步長的腳踝高度閾值:不同的運(yùn)動(dòng)類型滿足不同的支撐腳約束，在一個(gè)步長內(nèi)行走的支撐腳滿足八_-1 _4_-1^_并結(jié)合用戶指定的最小支撐腳約束幀的長度I求出腳踝的約束高度為ε，如圖4所示；3.根據(jù)上一步求得的步長的高度閾值ε和I允許的誤差η求出下一步長的高度閾值ε 2 ；4.重復(fù)步驟3直到最后一步長；第二步:根據(jù)兩幀根節(jié)點(diǎn)的弧長確定根節(jié)點(diǎn)在新路徑上的位置，根據(jù)新路徑調(diào)整原始運(yùn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)角度；利用兩幀之間根節(jié)點(diǎn)的弧長確定原始運(yùn)動(dòng)在新路徑上的位置，由于兩幀之間根節(jié)點(diǎn)長度很短，故用歐拉距離近似代替，
權(quán)利要求
1.一種基于路徑的人體運(yùn)動(dòng)編輯方法，其特征在于:包括以下幾步驟第一步:自適應(yīng)調(diào)節(jié)腳高度閾值劃分支撐腳的算法根據(jù)捕捉數(shù)據(jù)的運(yùn)動(dòng)類型，用戶指定的最小約束幀的長度1，I的最大誤差η，這二個(gè)參數(shù)確定腳踝的高度閾值Φ，若某幀腳的高度小于Φ，則稱此幀為支撐腳；其中I與H的取值范圍與三維人體運(yùn)動(dòng)捕捉設(shè)備有比較緊密的聯(lián)系，不同的設(shè)備一秒鐘能捕捉的幀數(shù)不同，常見的有30幀/秒，60幀/秒，120幀/秒；CMU人體運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)庫中常見的數(shù)據(jù)是30幀/秒、120幀/秒且步長一般為8(Γ120幀；正常人行走的一個(gè)步長分為4個(gè)階段，故每個(gè)階段的最小約束幀的長度I的范圍為[20，60]；腳踝的高度閾值Φ的確定方法步驟如下:1.預(yù)處理:計(jì)算出左右腳踝在全局坐標(biāo)系中的坐標(biāo)，即Vlf(Krt，Vrfoot對(duì)應(yīng)的VWOTld ；2運(yùn)動(dòng)類型和用戶指定最小支撐腳約束幀的長度求出第一個(gè)步長的腳踝高度閾值:不同的運(yùn)動(dòng)類型滿足不同的支撐腳約束，在一個(gè)步長內(nèi)行走的支撐腳滿足
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于路徑的人體運(yùn)動(dòng)編輯方法，其特征在于:第一步中的第3步所述若下一步長的高度閥值ε 2完全滿足此類型運(yùn)動(dòng)的步長支撐腳約束且其最小支撐腳約束幀的長度為區(qū)間[1-η，1+η]中的某個(gè)整數(shù)，則此步長的￡2與ε大小相同，即 ε 2 = ε。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于路徑的人體運(yùn)動(dòng)編輯方法，其特征在于:第一步中的第3步所述若下一步長的高度閥值ε2不滿足運(yùn)動(dòng)類型的步長支撐腳約束則說明￡2過小或過大需增加或減小λ，使調(diào)整后的ε2所得到的步長滿足此類型運(yùn)動(dòng)的步長支撐腳約束且其最小支撐腳約束幀的長度為區(qū)間[1-η，1+η]中的某個(gè)整數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于路徑的人體運(yùn)動(dòng)編輯方法，其特征在于:第一步中的第I步預(yù)處理實(shí)現(xiàn)步驟如下:檢測腳支撐約束是步長為單位的，所述步長定義為:周期運(yùn)動(dòng)的一個(gè)周期內(nèi)的運(yùn)動(dòng)；若以行走為例，即任一腳開始著地的那一幀定義為一步的開始，同一只腳在次開始著地的那一幀的前一幀，定義為這步的結(jié)束，若以腳著地約束定義步長，我們把形走和跑步分為以下結(jié)果階段，Lcon為左腳支撐階段，Acon為雙腳支撐階段，Rcon為右腳支撐階段，Ncon表示騰空階段；當(dāng)先抬左腳時(shí)正常人的形走一個(gè)步長內(nèi)的約束階段為:
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于路徑的人體運(yùn)動(dòng)編輯方法，屬于圖像處理技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明首先討論了腳支撐約束檢測問題并提出了自適應(yīng)調(diào)節(jié)腳高度閾值劃分支撐腳的算法。根據(jù)捕捉數(shù)據(jù)的運(yùn)動(dòng)類型，用戶指定的最小約束幀的長度l，l的最大誤差η這兩方面確定腳踝的高度閾值φ。隨后本發(fā)明又研究了如何減小編輯后的運(yùn)動(dòng)路徑與用戶指定路徑的偏差的方法。經(jīng)過觀察發(fā)現(xiàn)正常人走或跑時(shí)左右肩膀分別在運(yùn)動(dòng)路徑的左右兩側(cè)，故通過調(diào)整運(yùn)動(dòng)幀使運(yùn)動(dòng)時(shí)的雙肩在路徑的兩側(cè)來減小偏差。最后，本發(fā)明研究了基于用戶指定路徑的運(yùn)動(dòng)編輯算法。該算法運(yùn)用向量的平移解決滑步問題減少了計(jì)算量，編輯后的運(yùn)動(dòng)路徑與指定路徑的偏差較小，并且編輯后的運(yùn)動(dòng)較自然可以滿足用戶的需求。
文檔編號(hào)G06T13/40GK103077545SQ20131001144
公開日2013年5月1日 申請(qǐng)日期2013年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月11日
發(fā)明者張強(qiáng), 周東生, 張靖超, 王玲, 李晴 申請(qǐng)人:大連大學(xué)