專利名稱：一種基于路徑的人體運動編輯方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種基于路徑的人體運動編輯方法，屬于圖像處理技術領域。
背景技術：
在虛擬現(xiàn)實中，虛擬人的作用是非常重要的。作為三維動畫技術的一個重要分支，虛擬人體動畫技術一直是國際圖形學界的研究熱點之一。該技術在許多領域都有重要的應用。在文化領域，可以通過虛擬人的參與，重建成百上千年前的生活場景，起到文化遺產保護的作用；在體育仿真中，虛擬人可以用來模擬并訓練士兵的操作技能、團隊協(xié)作和決策能力并幫助運動員改進和創(chuàng)新技術動作；在人類及心理學中，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模型.通過虛擬交互以及動態(tài)測試.評估和驗證模型的合理性:在動漫產業(yè)中，人體動畫更是起到了舉足輕重的作用，尤其在3D電影以及動作類游戲中，虛擬人的身影隨處可見。隨著虛擬人技術的日益成熟，利用虛擬人來模擬真實人的行為井對其性能進行評估，在軍事、醫(yī)學、娛樂和藝術等領域中受到越來越多的關注。最近，基于運動捕捉的動畫技術由于其高效行，逼真性正逐步成為一個成熟的技術；但由于運動捕捉設備的昂貴性等，對運動捕捉數(shù)據(jù)的處理變得越發(fā)重要。

發(fā)明內容
本發(fā)明針對以上問題的提出，而研制一種基于路徑的人體運動編輯方法，其不僅可以修補運動捕捉結果中的問題，還可以解決其他問題如數(shù)據(jù)的復用，建立不可能運動等
坐寸ο本發(fā)明采取的技術方案主要包括如下幾步驟:第一步:自適應調節(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)點的弧長確定根節(jié)點在新路徑上的位置，根據(jù)新路徑調整原始運動的旋轉角度；第三步:去除滑步；第四步:為了使新運動更靠近用戶指定的路徑運動我們增加了雙肩約束，對不滿足雙肩約束的我們進行調整，對于雙肩都在左側的我們在旋轉原始運動的方向盡量使旋轉后的運動方向向右調整。本發(fā)明原理及有益效果:由于采用了上述技術方案，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是行走運動第一個步長的腳踝高度ε。
圖5是跑運動。圖6是走運動。圖7是方向旋轉。圖8是關節(jié)點平移去除滑步。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是原始運動方向dk，Clj在新路徑的逆時針方向，調整角度Θ m, Θ ^吏運動滿足雙肩約束。圖12是原始運動方·向dk，Clj在新路徑的順時針方向，調整角度Θ w θ n使運動滿足雙肩約束。圖13 Ca)是直線行走運動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)是直線行走運動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)是直線快跑運動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)是直線快跑運動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)是直線慢跑運動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)是直線慢跑運動使用添加雙肩約束的方法被編輯為沿半圓型路徑慢跑。
具體實施例方式下面通過附圖對本發(fā)明做進一步說明，本發(fā)明的一個實施例為:一種基于路徑的人體運動編輯方法包括以下幾步驟，如圖1所示:第一步:自適應調節(jié)腳高度閾值劃分支撐腳的算法根據(jù)捕捉數(shù)據(jù)的運動類型，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動捕捉設備有比較緊密的聯(lián)系，不同的設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人體運動數(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；正常人行走的一個步長分為4個階段，故每個階段的最小約束幀的長度I的范圍為[20，60];本發(fā)明試驗中采用I取值為20，I的誤差的設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但是就會導致每個階段界限不明可能會使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，設定I的最大誤差η為I的1/2。本發(fā)明實施例中設定η為10。腳踝的高度閾值Φ的確定方法步驟如下:1.預處理:計算出左右腳踝在全局坐標系中的坐標，即VlfMt，Vrfoot對應的VWOTld ；2運動類型和用戶指定最小支撐腳約束幀的長度求出第一個步長的腳踝高度閾值:不同的運動類型滿足不同的支撐腳約束，在一個步長內行走的支撐腳滿足八_-1 _4_-1^_并結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.重復步驟3直到最后一步長；第二步:根據(jù)兩幀根節(jié)點的弧長確定根節(jié)點在新路徑上的位置，根據(jù)新路徑調整原始運動的旋轉角度；利用兩幀之間根節(jié)點的弧長確定原始運動在新路徑上的位置，由于兩幀之間根節(jié)點長度很短，故用歐拉距離近似代替，
權利要求
1.一種基于路徑的人體運動編輯方法，其特征在于:包括以下幾步驟第一步:自適應調節(jié)腳高度閾值劃分支撐腳的算法根據(jù)捕捉數(shù)據(jù)的運動類型，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動捕捉設備有比較緊密的聯(lián)系，不同的設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人體運動數(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；正常人行走的一個步長分為4個階段，故每個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.預處理:計算出左右腳踝在全局坐標系中的坐標，即Vlf(Krt，Vrfoot對應的VWOTld ；2運動類型和用戶指定最小支撐腳約束幀的長度求出第一個步長的腳踝高度閾值:不同的運動類型滿足不同的支撐腳約束，在一個步長內行走的支撐腳滿足
2.根據(jù)權利要求1所述的一種基于路徑的人體運動編輯方法，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完全滿足此類型運動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]中的某個整數(shù)，則此步長的￡2與ε大小相同，即 ε 2 = ε。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種基于路徑的人體運動編輯方法，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不滿足運動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，使調整后的ε2所得到的步長滿足此類型運動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]中的某個整數(shù)。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種基于路徑的人體運動編輯方法，其特征在于:第一步中的第I步預處理實現(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:周期運動的一個周期內的運動；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；當先抬左腳時正常人的形走一個步長內的約束階段為:
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于路徑的人體運動編輯方法，屬于圖像處理技術領域。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調節(jié)腳高度閾值劃分支撐腳的算法。根據(jù)捕捉數(shù)據(jù)的運動類型，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動路徑與用戶指定路徑的偏差的方法。經(jīng)過觀察發(fā)現(xiàn)正常人走或跑時左右肩膀分別在運動路徑的左右兩側，故通過調整運動幀使運動時的雙肩在路徑的兩側來減小偏差。最后，本發(fā)明研究了基于用戶指定路徑的運動編輯算法。該算法運用向量的平移解決滑步問題減少了計算量，編輯后的運動路徑與指定路徑的偏差較小，并且編輯后的運動較自然可以滿足用戶的需求。
文檔編號G06T13/40GK103077545SQ20131001144
公開日2013年5月1日 申請日期2013年1月11日 優(yōu)先權日2013年1月11日
發(fā)明者張強, 周東生, 張靖超, 王玲, 李晴 申請人:大連大學