[发明专利]基于肌肉体积不变性的人肢体三维建模方法

摘要

一种基于肌肉体积不变性的人肢体三维建模方法，采用双目立体视觉系统拍摄人肢体摆姿势的图像序列并从中提取、匹配标记点，确定这些标记点对应的空间三维坐标，据此求出各个时刻各肢体骨架的空间三维位置信息，对第一帧图像，把各肢体上标记点的三维坐标值带入所属的旋转圆锥曲面方程组求出对应的变形参数和体积，根据肌肉体积不变性利用第一帧图像得到的各肢体体积求出之后的各帧图像各肢体旋转圆锥曲面的变形参数，最后使用圆球体和旋转圆锥曲面绘制人肢体模型。本发明建立的人肢体三维模型分为骨架层和皮肤层，骨架层由关节点和连接关节点的线段组成，皮肤层用旋转圆锥曲面表示，每个肢体只需调整一个变形参数就能反映出人肢体皮肤变形。

主权项

1、一种基于肌肉体积不变性的人肢体三维建模方法，其特征在于包括如下具体步骤：1)分别在人的上肢体、下肢体上各设置三个标记点，采用双目立体视觉系统拍摄得到人肢体摆姿势的左、右两个图像序列，提取各个时刻左、右图像中这些标记点的图像平面二维坐标，得出左侧摄像机图像与右侧摄像机图像上标记点之间的对应关系，通过摄像机标定技术求出左、右摄像机图像上平面二维坐标与世界坐标系空间三维坐标的对应关系，由得到的各个时刻左、右图像上标记点二维坐标求出对应的空间三维坐标；2)根据各个肢体三个标记点中两端的两个标记点的三维坐标和事先测量得到的两端两个标记点处肢体半径，并根据标记点与骨架端点的位置关系求出各个时刻骨架端点的空间三维坐标，由此获得骨架的空间三维位置信息；3)对第一帧图像，在肢体的两端两个标记点A、B形成的线段上方设定空间一点C，经过三点A、B、C的平面外设定一点D，四点A、B、C、D形成三个平面ACD、BCD、ABD，根据这三个平面确定经过点A、B且与直线AC、BC相切的圆锥曲面方程，此圆锥曲面与经过A、B、C三点的平面的交线形成圆锥曲线，把圆锥曲线绕骨架直线旋转形成旋转圆锥曲面，建立旋转圆锥曲面方程组，把得到的各个肢体上标记点的空间三维坐标值代入所属的旋转圆锥曲面方程组求解，得到各个肢体的旋转圆锥曲面的变形参数ρ，并求出各个肢体旋转圆锥曲面的体积；根据得到的第一帧图像各个肢体旋转圆锥曲面的体积，求出之后的各帧图像上各个肢体旋转圆锥曲面的变形参数ρ，由各个时刻各个肢体变形参数ρ确定各个时刻各个肢体旋转圆锥曲面；4)使用OpenGL程序采用平行投影方法绘制三维人肢体模型，使用三个圆球体代表肢体的三个关节点，采用求得的旋转圆锥曲面来代表上肢体和下肢体皮肤，连接这三个圆球体和两个旋转圆锥曲面构成人肢体模型。