一种3d人体模型骨骼自动绑定过程及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及人体3D模型数据采集及应用领域，特别指一种3D人体模型骨骼自动 绑定过程及方法。
【背景技术】
[0002] 现代科技的飞速发展，及3D扫描、打印等3D数据采集应用等领域的技术突破，给 3D模型数据的应用发展奠定了坚实的基础，人体模型数据属于3D模型数据中的一种，其广 泛应用于服装，动画，人机工程以及医学等领域，是发展人体(人脸）模式识别，特种服装设 计(如航空航天服，潜水服)，人体特殊装备(人体假肢，个性化武器装备)，以及开展人机工 程研究的理想工具；人体3D扫描技术得到完整、精细的人体模型数据，并将其以一定格式 的数据文件存储在计算机等工具中。
[0003] 人体3D模型数据用于动画及3D游戏领域时，需要控制3D人体模型运动，现有的 游戏动画模型采用人工建模的方式得到3D模型，比如通过3dmax、maya、3dbuilder等软件 得到3D模型，再通过unity3等技术控制3D模型的运动，但是该种技术的适用客体是通过 人工建模得到的3D模型，对于由3D扫描技术得到的真人人体3D模型进行的运动控制技术 在国内尚属空白，而真人人体3D模型包括骨骼及皮肤，真人人体3D模型运动必然涉及到骨 骼及皮肤的同时运动，因此首先需要对真人人体3D模型的骨骼进行绑定定位，以便后续控 制其运动。
【发明内容】
[0004] 本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，提供一种基于3D人体扫 描技术得到的真人3D模型数据，并定位该真人3D模型的关节点及四肢，进而确定四肢及躯 干中心线的3D人体模型骨骼自动绑定过程及方法。
[0005] 本发明采取的技术方案如下：一种3D人体模型骨骼自动绑定过程及方法，包括以 下步骤： A. 获取人体3D模型数据文件，以得到表示人体三维形状的点集； B. 对人体3D模型数据文件进行四肢识别，以便确定人体的关节点，继而确定四肢及躯 干对应的点集； C. 对人体3D模型数据文件进行中心线和关节定位，以便通过人体躯干及四肢对应的 二个关节点，确定两关节点对应的两个平面点集，并通过两平面点集的中心点确定躯干或 四肢的中心线。
[0006] 优选地，所述的步骤B包括以下步骤： BI.将人体3D模型数据文件中的点集根据Z轴大小排序； B2.从小到大依次取人体3D数据文件中一高度值，得到该高度值处的平面点集； B3.以点的X轴坐标确定平面点集中的界点； B4.通过界点将平面点集分为多个子平面点集； B5.计算各子平面点集的点之间的距离； B6.重复步骤B2-B5,直至步骤B5中的距离等于零时，得到各平面点集的交点，该交点 即为关节点； B7.确定二个相邻关节点之间的点集即为四肢的点集。
[0007] 优选地，所述的步骤C包括以下步骤： Cl.确定关节点的坐标，根据相邻两关节点的高度确定对应高度处的平面点集； C2.确定二平面点集中距离最大的二个点； C3.重复步骤C2得到另一条直线，得到该直线与步骤C2中的直线的交点，该交点为平 面点集的中心点； C4.重复步骤C1-C3得到另一平面点集中的中心点； C5.连接步骤C3与步骤C4的两中心点得到四肢点集的中心线。
[0008] 本发明的有益效果在于： 本发明在3D扫描技术的基础上进行扩展研发，通过3D扫描技术得到真人人体3D模型 数据，该数据文件的格式为obj，obj文件的储存原理即为将真人人体3D模型放置在三维 坐标系中，并将该真人人体3D模型转化为点集的形式得以表示，而点集中的每个点在三维 坐标系中均有其唯一的三维坐标，因此实际上该文件是将真人人体3D模型转化为带有坐 标的点集储存在计算机中，以便后续使用，真人人体3D模型由多个点形成的点集组成其外 部形状结构；本发明首先获取扫描得到的真人人体3D模型数据obj文件；然后，由脚底至 头顶逐次取不同高度的点进行分析，将obj文件中的关节点找到，再通过关节点确定人体 四肢及躯干所对应的点集；最后利于四肢或躯干的两关节点高度确定关节点对应的平面点 集，该平面点集形成的形状与人体关节出的横截面一致，取平面点集中二组点，各组为二个 点，并将二组点分别连接形成连线，两条连线的交点即可确定为该平面点集的中心，精确度 要求较高时，可以取多个这样的二组点，多个二组点对应的形成多个交点，这些交点重新形 成一个平面点集，按照同样的方法确定该平面点集的中心，该中心更为接近关节点处平面 点集的实际中心，中心的精确性可根据实际需要确定；得到一个关节点平面点集的中心后， 利用同样的方法得到另一关节点的中心，将两中心连接，从而形成该四肢或躯干的中心线； 本发明逻辑清晰，步骤精简，独创性地提出了一种不需要利用复杂的计算机软件或通过人 工辅助等方式也可实现对真人人体3D模型四肢及躯干的关节点及中心线的自动绑定的方 法。
【附图说明】
[0009] 图1为本发明的步骤流程示意图。
[0010] 图2为图1中步骤B的具体流程示意图。
[0011] 图3为图1中步骤C的具体流程示意图。
[0012] 图4为图2中步骤B2至步骤M高度确定情况下具有二个平面点集时平面点集的 划分示意图。
[0013] 图5为图2中步骤B2至步骤M高度确定情况下具有三个平面点集时平面点集的 划分示意图。
[0014] 图6为图3中关节点处平面点集是中心点确定示意图。
[0015] 图7为图3中二个平面点集的中心线即四肢中心线的确定示意图。
[0016] 图8为本发明3D人体模型骨骼点集平面示意图。
【具体实施方式】
[0017] 下面将结合附图对本发明作进一步描述： 如图1至图3所示，本发明采取的技术方案如下：一种3D人体模型骨骼自动绑定过程 及方法，包括以下步骤： A. 获取人体3D模型数据文件，以得到表示人体三维形状的点集； B. 对人体3D模型数据文件进行四肢识别，以便确定人体的关节点，继而确定四肢及躯 干对应的点集； C. 对人体3D模型数据文件进行中心线和关节定位，以便通过人体躯干及四肢对应的 二个关节点，确定两关节点对应的两个平面点集，并通过两平面点集的中心点确定躯干或 四肢的中心线。
[0018] 所述的步骤B包括以下步骤： BI.将人体3D模型数据文件中的点集根据Z轴大小排序； B2.从小到大依次取人体3D数据文件中一高度值（Z轴的值)，得到该高度值处的平面 点集； B3.以点的X轴坐标确定平面点集中的界点； B4.通过界点将平面点集分为多个子平面点集； B5.计算各子平面点集的点之间的距离； B6.重复步骤B2-B5,直至步骤B5中的距离等于零时，得到各平面点集的交点，该交点 即为关节点； B7.确定二个相邻关节点之间的点集即为四肢的点集。
[0019] 所述的步骤C包括以下步骤： Cl.确定关节点的坐标，根据相邻两关节点的高度确定对应高度处的平面点集； C2.确定二平面点集中距离最大的二个点； C3.重复步骤C2得到另一条直线，得到该直线与步骤C2中的直线的交点，该交点为平 面点集的中心点； C4.重复步骤C1-C3得到另一平面点集中的中心点； C5.连接步骤C3与步骤C4的两中心点得到四肢点集的中心线。
[0020] 进一步，本发明在3D扫描技术的基础上进行扩展研发，通过3D扫描技术得到真 人人体3D模型数据，该数据文件的格式为obj，obj文件的储存原理即为将真人人体3D模 型放置在三维坐标系中，并将该真人人体3D模型