[发明专利]一种基于Kinect骨骼节点位置追踪的人体姿势比较方法

说明书

本发明具体涉及一种基于Kinect骨骼节点位置追踪的人体姿势比较方法，主要解决了现有骨骼节点位置定位和用户姿势比较方法中存在的数据稳定性和数据实时性不可兼得的缺点。本发明首先利用动态帧数替换算法保存靠近此时刻的一批数据，作为节点滤波的数据源，然后用改进的中位值均值滤波算法对数据源中自适应截取出的数据进行滤波与偏移预测，输出稳定且实时性高的滤波点，以用于后续计算用户骨骼角度和骨骼向量积角度，最后平滑骨骼角度和骨骼向量积角度，作为评价用户动作的依据。该方法适用于滤波和平滑与时间相关的连续性变化的变量，也可应用于虚拟现实游戏中对用户姿态的追踪，以及工程中对器件角度动态变化的监控和测量。

技术领域

本发明属于多用户肢体动作实时比较方法技术领域。具体提出了一种基于Kinect骨骼节点位置追踪的人体姿势比较方法。此方法也可应用于虚拟现实游戏中对用户姿态的追踪，以及工程中对器件角度动态变化的监控和测量。

背景技术

虚拟现实技术(Virtual Reality，VR)是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机技术，是以沉浸性(Immersion)、交互性(Interaction)和构想性(Imagination) 为基础特征的计算机高级人机界面。它利用计算机生成一种虚拟环境，通过模拟实际情况从而对人的触觉、听觉、视觉等感觉器官进行影响，使人能沉浸在计算机生成的虚拟世界中。同时还可借助传感头盔、运动捕捉系统、数据手套等专业设备，使用户进入虚拟空间，实时感知和操作虚拟环境中的对象。

随着虚拟现实技术的快速发展及其在各行业中广泛的应用，虚拟现实系统中对用户动作和姿态的追踪计算在实际的应用中起着越来越重要的作用，计算的精度和结果的稳定程度影响着用户对虚拟系统的实时操控性和操控精确度，而虚拟界面的实时交互性影响着用户的沉浸感和真实感。

三维空间中用户的动作，具有连续性和速度变化的特性，在处理用户动作数据的时候既要考虑对用户数据的滤波和平滑处理，又要求系统的延迟不能太低，这对于算法是有很高的要求的，但在现有的动作变化处理方法中，没有根据用户动作变化的速度计算的相关方法，现有方法中没有加入预测偏移量，也没有合理利用最近产生的数据，导致在用户动作连续变化时要么算法平滑数据很好但是系统延迟很高，要么实时性很好但是平滑和滤波效果不理想，在虚拟系统的人机交互中极大地影响了用户体验。

发明内容

本发明的目的是解决虚拟动作学习系统中对用户的动作追踪不准确、计算结果不稳定的情况，兼顾了对用户动作的平滑处理和实时性要求，从而提高系统中对用户动作的实时计算的精确性和稳定性，提高用户体验。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种基于Kinect骨骼节点位置追踪的人体姿势比较方法，包括以下步骤：

步骤1，将KinectV2和笔记本的USB3.0接口相连接，确保设备扫描得到的深度数据和彩色数据能够正常传输，通过KinectSDKWrapper脚本在Unity3D 中对KinectV2识别并自动计算得到的骨骼节点数据进行接收并存储；

步骤2，通过动态帧数替换算法保存从KinectSDKWrapper脚本接收到的最近N帧人体全身的20个特征骨骼节点数据，并实时更新；

步骤3，依据中位值平均滤波算法对步骤2中实时更新的骨骼节点数据进行抖动偏差处理，并加入偏移预测，之后得出稳定的骨骼节点数据；

步骤4，依据步骤3中稳定的骨骼节点数据，求出与骨骼节点相连的18个对应人体全身各主要部位骨骼的骨骼向量，并计算这18个骨骼向量旋转连接处的两相邻骨骼向量的角度值，以及连接这个骨骼节点的两骨骼向量的向量积；

步骤5，利用步骤4得出的实时骨骼角度值和向量积，计算同一时刻两个用户的所有对应骨骼关节处骨骼向量所形成的角度的差值的绝对值，以及该骨骼关节处两段骨骼所组成的向量积的角度，通过动态帧数替换算法动态记录从现在时刻起往前N帧的每一帧中两用户的骨骼角度差值和骨骼向量积角度值；