[发明专利]一种动态的人体三维建模方法

权利要求书

1.一种动态的人体三维建模方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)基于标准人体模版的数据预处理和Kinect骨架信息的数据预处理；

(2)进行分段人体模型刚性变形，根据变形模型部位不同分为两类方法：腹、胸、头采用基于旋转矩阵继承的刚性变形方法，四肢采用基于旋转矩阵继承与回馈的刚性变形方法；

(3)进行分段局部模型ICP变形；

(4)对各部分模型的连接部分进行柔性TPS形变；

步骤(1)的基于标准人体模版的数据预处理将对应于Kinect获取到的20个人体骨架点的标准人体模板分为腹、胸、头、左臂、右臂、左腿、右腿一共七个大模型部分，其中臂与腿的四肢模型又分别分为三个子模型部分；

步骤(1)的Kinect骨架信息的数据预处理采用基于RGB信息的深度数据恢复算法进行数据恢复，该算法的过程如下：

Kinect采集到的数据丢失点的深度值均为0，设对于点P，其深度值为D(P)，RGB值为C(P)，若某点P₀为空洞点，D(P)在以P点为中心的10x10点阵范围内随机选出点集Q_i(i＝1,2…n)，其中点P₀满足D(P₀)≠0且|C(P)-D(P)|＜ε，通过公式(1)得到点P₀的新深度值：

$D\left(P_0\right)={\mathrm{\Σ}}_{i=0}^n{W}_i\·D\left(Q_i\right)/{\mathrm{\Σ}}_{i=0}^n{W}_i---\left(1\right)$

其中W_i＝1/(d(P,Q_i))²，d(P,Q_i)为P点与Q_i点的欧式距离，对于跳变的数据，采用相邻多帧去除奇异值求平均的方法进行处理；

在步骤(4)中

对于模板人体模型点云H₁和部分柔性变形后的目标点云H₂，TPS变形是通过公式(6)获得的控制点集决定的：

M_k＝{L_kj|L_kj＝(x_kj,y_kj),j＝1,…,M,k＝1,2} (6)

其中M₁是模板人体模型点云，M₂是进行分段刚性变形和ICP算法之后的结果点云，M是点集中点的数量，每一刚性变形部分选取10个点作为控制点以保证模型变形的准确性，根据TPS定义，通过公式(7)作为插值条件：

f(M_1j)＝M_2j,j＝1,2,…,M(7)

TPS变形的弯曲平滑满足公式(8)：

$E\left(f\right)=\∫{\∫}_{R^2}{\left(\frac{{\∂}^{2}f}{\∂x^2}\right)}^2+2{\left(\frac{{\∂}^{2}f}{\∂x\∂y}\right)}^2+{\left(\frac{{\∂}^{2}f}{\∂y^2}\right)}^{2}dxdy---\left(8\right)$

通过公式(9)获得最终TPS变形：

$E(d,w,\mathrm{\λ})=\frac{1}{M}\underset{j=1}{\overset{M}{\Σ}}\left|\right|M_{2j}-f\left(M_{1j}\right)\left|\right|+\mathrm{\λ}E\left(f\right)---\left(9\right)$

其中λ用于控制平滑的程度，由用户指定。