[发明专利]人体三维模型配准方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及计算机图形学领域，特别地，本发明涉及一种人体三维模型配准方法及装置。

背景技术

人体三维模型配准是计算机图形学中的一个重要技术。它是很多高层图形学问题的基础，如人体形态分析，人体动态三维重建，人体变形等。

人体三维模型可以利用三维扫描仪扫描获得，也可以利用基于图像的三维重建技术获得。输入的人体三维模型的表面点的数量各不相同，模型网格的拓扑关系也各不相同，因此人体三维模型之间不存在任何表面点的对应，这给进一步对人体三维模型分析处理带来巨大的困难。

根据现有的人体三维模型配准技术，以固定模型结构的三维人体三维模型作为初始模型，以输入的人体三维模型作为目标模型，变形得到描述目标模型的几何特征，同时具有初始模型结构的结果三维模型。该配准技术的难点在于，在对初始模型进行变形时，需要建立初始模型与目标模型的表面点之间的对应匹配关系，以引导对初始模型的变形。对应匹配关系是否准确直接影响最终配准的准确性。在人体配准方面，由于人体的姿态不同，且不同人体的体型差异很大，这使得根据现有最近邻搜索匹配的方法难以给出正确的匹配结果，从而大大影响配准的准确性。

发明内容

本发明的目的旨在至少解决上述技术缺陷之一。为此，本发明需要提供一种人体三维模型配准方法及装置，该人体三维模型配准方法及装置的优点是：可以有效实现人体三维模型的表面点的匹配，从而提高人体三维模型配准的精度。

根据本发明的一方面，提供了一种人体三维模型配准方法，包括步骤：(1)输入第一人体三维模型和第二人体三维模型；(2)分别在所述第一人体三维模型和所述第二人体三维模型的多个活动关节处设置骨架节点，建立多个骨架节点之间的连接关系，以构成人体骨架；(3)根据所述第一人体三维模型和所述第二人体三维模型表面上的多个表面点中的每个表面点与所述多个骨架节点中每个骨架节点之间的欧氏距离，建立所述每个表面点与所述多个骨架节点的归一化关联权重向量；(4)根据所述第一人体三维模型和所述第二人体三维模型上的所述每个表面点与所述多个骨架节点的归一化关联权重向量以及所述每个表面点的法向，建立所述第一人体三维模型上的所述每个表面点和所述第二人体三维模型上的表面点之间的匹配；(5)计算所述第一人体三维模型的所述每个表面点的运动并根据所述运动更新所述每个表面点的位置；以及(6)对于位置被更新的每个表面点，重复步骤(4)直到所述位置被更新的每个表面点与所述第二人体三维模型上的匹配的表面点之间的平均距离大于或等于更新之前的平均距离。

根据本发明实施例的人体三维模型配准方法，通过结合人体骨架信息和表面点法向信息，可以方便地获得人体三维模型之间的表面点的对应，并且可以提高人体三维模型配准的精度。

根据本发明的一个实施例，所述步骤(2)包括：确定所述第一人体三维模型和所述第二人体三维模型的所述多个活动关节的合理位置，在所述合理位置设置骨架节点，其中所述合理位置包括脖、肩、肘、腕、腰、胯、膝、踝；以及建立多个骨架节点之间的连接关系，分别得到两个层次化的人体骨架，所述人体骨架由所述多个骨架节点和所述连接关系构成。

根据本发明的一个实施例，所述步骤(3)包括：计算所述第一人体三维模型和所述第二人体三维模型表面上的多个表面点中的每个表面点与所述多个骨架节点中每个骨架节点之间的欧氏距离；以及对所述欧氏距离的倒数进行归一化处理，得到所述每个表面点与所述多个骨架节点的归一化关联权重向量。

根据本发明的一个实施例，所述步骤(4)包括：对所述第一人体三维模型上的一个表面点，在所述第二人体三维模型上搜索多个与所述一个表面点的关联权重向量最接近的表面点作为候选匹配表面点；在所述候选匹配表面点中，选择法向与所述一个表面点最接近且法向夹角小于阈值的点，作为所述一个表面点的匹配表面点；以及重复所述搜索和所述选择，直到得到和所述第一人体三维模型上的所述多个表面点匹配的匹配表面点。

根据本发明的一个实施例，所述候选匹配表面点的个数是1到50个，所述阈值是30到50度。

根据本发明的一个实施例，所述步骤(5)包括：在所述第一人体三维模型的所述每个表面点和相邻表面点运动一致性的前提下，利用线性方程求解所述第一人体三维模型的所述每个表面点的运动；根据求解的所述第一人体三维模型的所述每个表面点的运动，更新所述第一人体三维模型的所述每个表面点的位置。