[发明专利]一种完备一致生物体三维特征表征模型的建立方法

权利要求书

1.一种完备一致生物体三维特征表征模型的建立方法，其特征在于,包括以下步骤：

步骤S1.建立全局/局部缝合形状模型GLoSS；

步骤S11.获取动物的三维特征，根据动物的三维特征确定一个三维动物模板网格，并确定其蒙皮权重；

S12.确定全局/局部缝合形状模型GLoSS中的参数：包括局部定位I_i，局部的三维旋转矩阵r_i∈R^3×1，内部的形态参数和姿态参数π_i＝{I_i,r_i,s_i,d_i}为局部i的变量集，i为模型的局部索引且i∈(1...N)，Π＝{I,r,s,d}为所有部分的变量集，则三维模型网格顶点坐标向量计算公式如下：

其中，I_i为模型中局部的定位，r_i为局部的三维旋转矩阵，s_i为内部的形态参数，d_i为姿态参数，为三维模型网格顶点坐标，R(r_i)为整体的三维旋转矩阵，n_i是模型局部的顶点数量，是局部坐标系中的坐标点，计算公式如下：

p_i＝t_i+m_p,i+B_s,is_i+B_p,id_i

其中，表示局部的模板，是平均姿态偏移的向量，代表形态偏移矩阵，是决定姿态变形的矩阵；

步骤S2.把全局/局部缝合形状模型GLoSS与三维扫描图初始配准；

步骤S3.在全局/局部缝合形状模型GLoSS的基础上结合骨骼蒙皮算法LBS建立最终的生物体三维特征表征模型；

步骤S31.姿态参数的标准化；经过步骤S2的初始配准后，构建出第一个生物体形状模型；根据全局/局部缝合形状模型GLoSS估计的生物体姿势参数，采用线性骨骼蒙皮算法LBS，将所有的配准模板统一成相同的姿势，在对全局/局部缝合形状模型GLoSS镜像网格后，对顶点进行平均处理，以获得初始姿势下的配准；在初始姿势下的配准中，下腭和舌头的点用线性模型从三维动物模板网格中学习；最后采用拉普拉斯平滑整个网格，从而完成姿势的规范化；实现初始姿势下，欧氏空间中形状变化的统计模型的建立；计算平均形状和主成分，即可捕捉生物体之间的形状差异；

步骤S32.确定最终的生物体三维模型；

首先运用骨骼蒙皮算法，其方程为是网格模型中所有的顶点，J表示关节点的位置，是姿态参数，Ω表示蒙皮权重；中的各个点经过变形之后得到变形公式如下：

其中，ω_k,i是蒙皮权重矩阵Ω中的元素，代表着顶点i受到第k个关节点的影响系数，为静止状态下的姿态参数，θ_j为局部对应于关节点的旋转矩阵，为零向量，j_j为J中每个对应于单个关节中心j的三维向量；

其次，根据步骤S2的配准之后，得到决定生物体形态的方程生物体形态与姿态参数之间的关系方程以及关节点与形态参数之间的关系方程对姿态参数标准化，之后通过计算平均的形状参数和它的主要成分，捕捉动物之间的形状差异来完成最终生物体三维模型的建立，最终得到的生物体三维模型为其中为形态参数，为姿态参数，γ为全局平移矩阵，三维模型网格中各个点的变形公式如下：

其中，分别为和中的元素。

2.根据权利要求1所述完备一致生物体三维特征表征模型的建立方法，其特征在于：步骤S11中将三维动物模板网格划分成33个部分，每个部分分别是一个多边形。

3.根据权利要求2所述完备一致生物体三维特征表征模型的建立方法，其特征在于：步骤S2中采用梯度下降法来优化全局/局部缝合形状模型GLoSS，使得全局/局部缝合形状模型GLoSS更接近于三维扫描图。

4.根据权利要求3所述完备一致生物体三维特征表征模型的建立方法，其特征在于：步骤S2中采用ARAP正则化技术对网格顶点进行无模型配准以捕捉细节，完成与三维扫描图初始配准。