[发明专利]基于运动捕捉数据的人体运动插值方法

摘要

本发明公开了一种基于运动捕捉数据的人体运动插值方法，首先解析载入的两段运动序列文件并进行坐标系转换操作；然后基于世界坐标系下的运动数据，提取双脚前后位置关系特征和步距时序特征，并根据人体运动规律，依据以上的两个特征，将长的运动序列分割为短运动段；最后在同一短段内选取最相似的帧对并基于此确定关键帧对，然后基于关键帧对运用四元数球面插值算法进行角度旋转插值，运用线性插值方法进行根节点的平移插值，从而连接成一段新的运动。本发明在确定关键帧对时是基于分割后的同一短段进行的，确保了插值过渡顺序符合人眼视觉逻辑顺序，具有很好的视觉效果。

主权项

一种基于运动捕捉数据的人体运动插值方法，其特征在于，首先解析载入的两段运动序列文件，并进行坐标系转换操作；然后基于世界坐标系下的运动数据，提取双脚前后位置关系特征和步距时序特征，并根据人体运动规律，依据以上的两个特征，将长的运动序列分割为短运动段；最后在同一短段内选取最相似的帧对并基于此确定关键帧对，然后基于关键帧对运用四元数球面插值算法进行角度旋转插值，运用线性插值方法进行根节点的平移插值，从而连接成一段新的运动；具体包括以下步骤：步骤1，加载解析运动序列文件，并对BVH文件的运动数据在局部坐标系下的相对位置信息转换为在世界坐标系下的绝对位置信息；步骤1中运动序列文件由两部分组成：骨架部分和运动数据；首先以令牌传递方法解析人体骨架部分：通过逐步读取运动序列文件中的每一个关键词、整形字符、浮点型字符、字符串解析，然后按照骨架结构顺序解析运动数据部分；采用递归的方式求出人体运动数据各关节点在世界坐标系下的绝对位置信息；转换公式如下(1)所示：pi(j)＝Ti(root)Ri(root)...Ri(k)...p0(j)     (1)其中，pi(j)表示运动序列的第i时刻关节点Nj的在世界坐标系的坐标；Ti(root),Ri(root)分别表示根节点的平移和旋转变换矩阵；Ri(k)表示骨架结构中关节Nk相对其直接父节点的旋转变换矩阵；Nk为树形人体骨架中，从根节点到节点Nj之间的任意节点；p0(j)表示初始时，Nj在其父节点的局部坐标系下的偏移量；步骤2，基于步骤1得到的在世界坐标系下的绝对位置信息，提取关节点的空间位置关系特征与时序关系的特征，并根据人体运动周期性规律，采用双脚前后位置关系特征和步距时序特征将长运动序列进行分割为多个短的运动序列；步骤2中，根据人体运动呈周期性规律的性质，特别是对于移动类的运动，无论风格如何，都是双脚向前交替着向前行进；基于此规律，运用双脚向前空间位置关系特征以及步距时序特征为依据分割长运动序列；两个分割函数分别表示如下所示：Pace_changed=1ifDist_feetchanged0otherwise---(2)]]>Frount_foot=1ifright_footfrount0otherwise---(3)]]>其中，Pace_changed函数表示某一时刻的双脚向前步距是否由增加变换为开始减小，或者由减小变换为开始增加，如果是，将函数值赋值为1，表示此时刻步距为该短段的最大步距或最小步距，即将此时刻定义为该段运动的分割点；否则赋值为0，表示此时刻为某短段的非分割点；Frount_foot函数表示某一时刻的右脚是否在左脚前方，当右脚在前方时，赋值为1，否则赋值为0；步骤3，基于步骤2得到的分割结果，将分割后的短段进行基于时间帧序列对齐，并在同一短段内，确定欧氏距离最短的帧对为最相似的姿态，从而确定关键帧对；步骤4，基于步骤3的关键帧对，运用四元数球面插值算法生成中间过渡帧角度旋转值，运用线性插值算法生成根节点中间过渡帧平移值。