一种根据人体动作驱动的雕塑三维模型生成方法
【专利摘要】本发明公开了一种根据人体动作驱动的雕塑三维模型生成方法，对任意给定的虚拟雕塑，该方法利用改进的Kinect动作识别技术识别用户关节点信息并捕获其运动参数，通过关节点与用户选择的控制点之间的关联方式，引导虚拟雕塑调整姿态实现雕塑三维模型创意设计，其中虚拟雕塑姿态的改变通过虚拟雕塑编辑算法实现，能够对虚拟雕塑实时操作。该方法充分考虑到虚拟雕塑与一般三维模型在生成时的不同约束，能够很好保存雕塑的风格特征。
【专利说明】一种根据人体动作驱动的雕塑三维模型生成方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种根据人体动作驱动的雕塑三维模型生成方法，特别是将改进的Kinect动作识别技术与能够保存虚拟雕塑三维模型风格特征的网格编辑方法相结合实现雕塑三维模型创意生成方法。
【背景技术】
[0002]随着数字雕塑软件迅猛的发展，不但在软件的数量和功能上有突飞猛进的提高，在行业的应用上也有很大的拓展，从游戏行业到影视动画再到玩具手办制作，我们都越来越多的看到数字雕塑软件的身影。并且，数字雕塑软件的出现也改变了很多设计师的工作流程，强大的雕塑建模功能和颜色绘制功能解放了艺术家的灵感，可以让设计师把更多的精力关注在设计和创作上，将软件的操作难度降到最低。
[0003]到目前为止，数字雕塑软件主要有三个类别，第一类是以ZBrush为代表的数字雕塑软件，这类软件的主要功能是雕塑建模，它制作模型的功能强大，并且对多边形面数的支持高。第二类是带有数字雕塑功能的三维软件。例如M0d0、Sil0等，这类软件的功能更多，由于雕塑模型并不是它们的主要功能，所以在雕塑功能和面数支持上都比不上前一类软件，但使用这类软件可以避免在不同的软件中频繁切换。另外现在也有越来越多的三维软件集成了数字雕塑功能，例如3D Max和Maya。第三类是一些工业设计方面的软件，比较著名的有FreeForm等，一些浮雕软件也可以归在这个类别里，这些软件相对于前两类软件应用的范围更专一，使用的用户也少很多。
[0004]我们应该看到，虽然这些软件为专业用户(雕塑工作者)和非专业用户提供了强大建模功能，但没有提供用于艺术创新的平台和合理便捷的交互方式，这让许多传统雕塑家对这些优秀的软件不屑一顾。
【发明内容】
[0005]发明目的:本发明所要解决的问题是针对雕塑创作过程当中实体雕塑后期修改费时费力以及雕塑创新过程中创新思想难以具体呈现的问题，提供一种新颖的利用Kinect动作识别技术和网格编辑技术，为雕塑姿态调整提供可视化方法并能保存雕塑的风格特征。
[0006]为了解决上述问题，本发明公开了一种根据人体动作驱动的雕塑三维模型生成方法，包括以下步骤:
[0007]步骤1:输入虚拟雕塑三维模型，该雕塑模型由一组三角面片构成(虚拟雕塑文件只需满足能够提取顶点信息和三角面片信息，类型可以任意给定);
[0008]步骤2:分析虚拟雕塑三维模型，保存其顶点信息V，边信息E以及三角面片信息Triangle，然后计算顶点，边和三角面片之间的拓扑关系，包括每个顶点的邻接顶点，邻接面，邻接边，每个三角面片的邻接面以及每条边的邻接面；
[0009]步骤3:根据步骤2中得到的顶点，边和三角面片信息以及它们之间的拓扑关系，构造虚拟雕塑中顶点之间的测地距离矩阵Dnverxn.;
[0010]步骤4:选择驱动虚拟雕塑三维模型的控制点，所选择的控制点分为两类:视觉引导点IvgUidJ和雕塑骨架点(vSkelcton1I vskclcton2>-1vSkelctonnskeL这两类控制点在雕塑姿态
调整的过程中所起的作用不同，视觉引导点用来引导雕塑姿态改变，雕塑骨架点根据用户的需要用来约束雕塑姿态的改变，保存形态特征。
[0011]其中n ske表示 雕塑 骨架 点的 数目，
1≤ guide, Skeleton1, skeleton^,…Skeletontlske < nvcr且 ncontrol=nske+l，ncontrol 表示两类控制
点的总数目，；
[0012]步骤5:计算由控制点形成的特征空间，特征空间由视觉引导点生成，同时受到雕塑骨架点的影响，在最终的特征空间中，每个顶点的特征值与该顶点到视觉引导点的距离成正比，与该顶点到雕塑骨架点的距离成反比，在极端情况下，视觉引导点位置处的特征值为I，雕塑骨架点位置处的特征值为O ;
[0013]步骤6:启动Kinect摄像头,用户处于摄像头能够识别的区域,利用Kinect提供的骨架追踪技术，获取用户的骨架图像和深度图像；
[0014]步骤7:保存用户关节点信息J，由于存在Kinect摄像头受到遮挡或用户没有完全处于摄像头所能识别的区域这种情况，用户关节点有时并不能全部被识别出来，保存已识别的关节点信息对后续步骤有参考价值；
[0015]步骤8:选择引导虚拟雕塑姿态调整的关节点并计算关节点与控制点的关联矩阵M，在选择关节点的时候，对于跟雕塑骨架点关联的关节点可以满足一个关节点对应多个雕塑骨架点的关系；
[0016]步骤9:上述步骤完成之后，该步骤利用Kinect持续捕获的用户关节点位置信息，计算关节点位置的改变并将关节点位置的改变信息传递给相应的控制点。由于Kinect能够捕捉关节点在空间中的位置改变，将三维空间中关节点位置的改变传送给对应的控制点，这样可以为用户提供更加自然的交互方式，这也是选择Kinect作为交互工具的主要原因。但直接捕获到的位置信息，会存在突变或丢失的情况，因此加入关节点位置的修正操作是很有必要的，可以提高整个系统的鲁棒性；
[0017]步骤10:根据步骤9控制点收到的三维空间中关节点位置的改变信息计算相应的视觉引导点的变化信息并根据变化信息构造变换矩阵T ；
[0018]步骤11:根据步骤5计算得到的特征空间和步骤10得到的视觉引导点变换矩阵，计算每个顶点的转换矩阵Tj;
[0019]步骤12:根据步骤11计算得到的每个顶点的转换矩阵，计算更新后的顶点坐标
V ；
[0020]步骤13:更新显示虚拟雕塑三维模型；
[0021]本发明步骤3中，计算任意两个顶点V1, Vj的测地距离&包括以下步骤:
[0022]计算顶点Vi到顶点Vj的单位向量I:
【权利要求】
1.一种根据人体动作驱动的雕塑三维模型生成方法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤1:输入虚拟雕塑三维模型，该虚拟雕塑三维模型由一组三角面片构成； 步骤2:分析虚拟雕塑三维模型，保存其顶点信息、边信息和三角面片信息，计算顶点、边和三角面片之间的拓扑关系，包括每个顶点的邻接顶点、邻接面、邻接边，每个三角面片的邻接面以及每条边的邻接面； 步骤3:根据步骤2中得到的顶点、边和三角面片信息以及它们之间的拓扑关系，构造虚拟雕塑三维模型中顶点之间的测地距离矩阵； 步骤4:选择控制虚拟雕塑三维模型的控制点，所选择的控制点分为两类:人工设置视觉引导点 IvgUidfJ 和雕塑骨架点(vSkeletonlIvSkeleton2M^vSkeletonnske),其中I < guide, Skeleton1, skeleton^,…Skeletonnske < nvcr，nske 表示雕塑骨架点的数目，nver 表示虚拟雕塑三维模型顶点的数目，视觉引导点用来引导虚拟雕塑姿态的改变，雕塑骨架点用来约束虚拟雕塑姿态的改变； 步骤5:计算由控制点形成的特征空间:特征空间由视觉引导点生成，同时受到雕塑骨架点的影响，在最终的特征空间中，每个顶点的特征值与顶点到视觉引导点的距离成正比，与顶点到雕塑骨架点的距离成反比； 步骤6:启动Kinect摄像头，用户处于摄像头能够识别的区域，根据Kinect提供的骨架识别技术，获取用户的骨架图像和深度图像； 步骤7:保存用户关节点信息； 步骤8:选择引导虚拟雕塑三维模型姿态调整的关节点并计算关节点与控制点的关联矩阵； 步骤9:利用Kinect持续捕获用户关节点的位置信息，计算关节点位置的改变并将三维空间中关节点位置的改变信息传送给对应的控制点； 步骤10:根据步骤9控制点收到的三维空间中关节点位置的改变信息计算相应的视觉引导点的变化信息，并根据视觉引导点的变化信息构造视觉引导点的变换矩阵； 步骤11:根据步骤5计算得到的特征空间和步骤10得到的视觉引导点变换矩阵，计算每个顶点的转换矩阵； 步骤12:根据步骤11计算得到的每个顶点的转换矩阵，迭代更新每个顶点的坐标； 步骤13:更新显示虚拟雕塑三维模型。
2.根据权利要求1所述的一种根据人体动作驱动的雕塑三维模型生成方法，其特征在于，步骤2和步骤3中， 步骤2中，计算顶点Vi的邻接面集合[fu.fiy Λ'}和对应的邻接面向外法向量集合ihl' fii,2fii,nfi}，其中nfi表示顶点Vi的邻接面个数。 步骤3中，计算任意两个顶点Vi, Vj的测地距离di，J包括以下步骤: 计算顶点Vi到顶点Vj的单位向量r1::
3.根据权利要求1所述的一种根据人体动作驱动的雕塑三维模型生成方法，其特征在于，步骤5包括以下步骤: 计算由视觉引导点产生的特征空间下，顶点Vi的特征值A(C^guide):
fi(di,guide) = e-^guwe， 其中，屯，81^表示顶点Vi到视觉引导点Vsuide的测地距离,且I ( guide ( nver, μ是参数，用来控制特征值随测地距离改变的速率，设置μ等于其他顶点到视觉引导点的最大距离: μ μ Hiaxj U, 其中，dj,guide表示顶点Vj到视觉引导点Vguide的测地距离且nver ;计算雕塑骨架点Vskeletoni对由视觉引导点产生的特征空间中顶点Vi的特征值的影响Si(C^skeletoni):
【文档编号】G06T19/00GK103914873SQ201410093523
【公开日】2014年7月9日 申请日期:2014年3月13日 优先权日:2014年3月13日
【发明者】路通, 秦龙飞, 邢润, 王昊, 巫义锐, 胡炜 申请人:南京大学