[发明专利]一种人体骨骼点映射至立体显示中虚拟三维空间点的方法

说明书

技术领域

本发明涉及虚拟现实3D（三维）交互技术以及计算机图形技术。

背景技术

虚拟现实交互技术是一种新兴的综合集成技术，人们可利用计算机来虚构一个3D世界，并与虚拟的3D世界产生交互作用。近年来，体感交互技术蓬勃发展，渐渐走进人们的生活。Kinect体感设备的传感深度范围在0.8米到4.0米之间，而立体显示器中的自由立体显示器的最佳观看距离一般在2米左右，两者之间的适应距离范围存在匹配关系。通过立体显示器，用户可观看到立体画面，同时通过Kinect体感设备，用户可以在不手持或触摸任何设备的情况下，将肢体动作转化为与立体显示器中的虚拟3D图像进行沟通的“语言”，自然地实现人与虚拟空间的交互。

现有的大多数基于Kinect体感设备的交互应用中，如基于Kinect体感设备的3D立体试衣装置，多是将人体3D坐标转换为以二维坐标为基准的数据，控制虚拟物体在二维方向上移动。基于Kinect体感设备的立体显示的交互系统中，由于立体显示器能为用户呈现虚拟3D空间，因此将人体骨骼坐标转换为虚拟3D空间中的坐标显得十分必要，而目前缺少有效的解决方案。

发明内容

本发明提出一种人体骨骼点映射至立体显示中虚拟3D空间点的方法，如附图1所示，该方法获取人体骨骼数据并将关键骨骼点J变换至深度图坐标系上点D，然后将深度图坐标系上点D变换至视图坐标系上点V，再将视图坐标系上点V变换至世界坐标系上点W，最后虚拟3D物体根据世界坐标系上点W进行坐标平移变换。本发明的目的在于，如附图2所示，使得用户可与立体显示系统实现非接触式交互，控制虚拟3D空间内的物体跟随用户的特定骨骼点在3D方向上移动。

所述获取人体骨骼数据并将关键骨骼点J变换至深度图坐标系上点D，通过Kinect体感设备获取人体骨骼数据并对其进行平滑处理，从中提取右手骨骼点H_R、左肩膀骨骼点S_L、右肩膀骨骼点S_R、头部骨骼点H、右脚骨骼点F在Kinect骨骼坐标系中的坐标值，各骨骼点位置如附图3所示。设右手骨骼点H_R为关键骨骼点J，并通过调用Kinect SDK（软件开发工具包）所提供的接口函数得到骨骼坐标系上关键骨骼点J在深度图坐标系上点D的二维坐标(X_D，Y_D)。

所述深度图坐标系上点D变换至视图坐标系上点V，获取虚拟3D场景中虚拟相机的投影变换矩阵P，设单幅视差图像的分辨率为H_P×V_P，则深度图坐标系上点D对应的视图坐标系的近平面上点V的3D坐标(X_V，Y_V，Z_V)可由下列公式计算得到：

                               (1)

                                (2)

                                             (3)

其中，P₁₁，P₂₂分别为投影变换矩阵P第一行第一列元素和第二行第二列元素，Z_n为虚拟相机投影中心至视框体近平面在z轴方向上的距离。

所述视图坐标系上点V变换至世界坐标系上点W，获取虚拟3D场景中虚拟相机的视图空间变换矩阵V，计算得矩阵V的逆变换矩阵为V^-1，视图空间坐标系上点V对应的世界坐标系上点W的3D坐标(X_W，Y_W，Z_W)可由下列公式计算得到：

                                 (4)

             (5)