[发明专利]一种针对人手部的三维建模方法

说明书

本发明公开了一种针对人手部的三维建模方法，包括：在训练集中寻找出手部模型作为模板，并为模板绘制节点；通过将模板与样本集中的其他样本进行匹配，确定模板与样本对应的各节点旋转角度的参数；通过步骤2训练得到的姿态信息，训练出一个与姿态信息相关的矩阵姿态变化补偿矩阵；对样本库中的模型进行姿态统一，并提取出主成分，确定用于刻画不同形态的矩阵；通过以上训练确定模板和矩阵后，即可通过人为指定参数，经由线性混合蒙皮算法及参数整合来刻画多种多样的手部模型。本发明实现通过单一的三维手部模板来对多姿态的手势进行逼真建模的方法，并能够体现出不同人物手部形态的不同特征，无需再利用三维激光扫描，大幅降低成本。

技术领域

本发明属于计算机视觉及图形学技术领域，涉及三维建模方法，更为具体的说是涉及一种针对人手部的三维建模方法。

背景技术

对手部进行精准的建模在当前的意义已经越来越重大，原因在于随着几年来人工智能的飞速发展，以计算机和手机为代表的电子设备在人类的社会中扮演着越来越重要的角色，对更加方便、更加人性化的人机交互的需求也越来越强烈。考虑到手势在人与人的交往中几乎是重要程度仅次于语言的信息，相信在人机交互中也必定会处于决定性的位置。

目前为止虽然针对于人手部进行三维建模的论述还不多，但在三维建模这一大类的研究已经相当成熟。其中比较典型的是针对人体进行建模的SMPL和针对动物进行建模的SMAL。由于手部动作更加精细，这就需要对人手部轮廓进行更加精确的建模，但以上这两种方法均不能满足精确化的手部建模需要。现在对手部进行精确建模时需要进行三维激光扫描，当手部形态变换时则需反复扫描，成本高昂，效率低下，且受到环境、设备制约。

发明内容

为解决上述问题，本发明公开了一种针对人手部的三维建模方法，能够便捷的刻画不同姿态和形态的手部模型，同时保证了变换过程中的逼真性，不会因为关节的旋转等而出现模型形态上的失真。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种针对人手部的三维建模方法，包括如下步骤：

步骤1，在训练集中寻找一手部模型作为模板T，并为模板绘制节点；

步骤2，通过将模板与样本集中的其他样本进行匹配，确定模板与样本对应的各节点旋转角度θ；

步骤3，通过步骤2训练得到的姿态信息θ，训练出一个与θ相关的矩阵姿态变化补偿矩阵P；

步骤4，对样本库中的模型进行姿态统一，并提取出主成分，确定用于刻画不同形态的矩阵S；

步骤5，通过以上训练确定{T,P,S}后，通过人为指定参数{θ,β}，经由线性混合蒙皮算法LBS(T+βB+θP}刻画多种多样的手部模型。

进一步的，所述步骤2具体包括如下过程：

每个手势使用参数θ来进行表征；

通过各节点旋转的三维角度参数θ，节点集合J，以及各节点对皮肤表面顶点产生影响的权重矩阵W，将模板T的顶点t_i转变为t_i'，其公式如下：

其中w_k,i表示各节点对顶点i所造成影响的权重，exp(ω_j)是通过节点j的参数ω_j构成的三维旋转矩阵，j_j表示节点j的中心三维坐标，A(k)表示节点j经过一系列父节点最终指向根节点的节点链组成的集合；

进行模板与样本集中样本的匹配。

进一步的，所述参数θ通过梯度下降法经迭代求得。