专利名称：一种基于路径的人体运动编辑方法
技术领域：
本发明涉及一种基于路径的人体运动编辑方法，属于图像处理技术领域。
背景技术：
在虚拟现实中，虚拟人的作用是非常重要的。作为三维动画技术的一个重要分支，虚拟人体动画技术一直是国际图形学界的研究热点之一。该技术在许多领域都有重要的应用。在文化领域，可以通过虚拟人的参与，重建成百上千年前的生活场景，起到文化遗产保护的作用；在体育仿真中，虚拟人可以用来模拟并训练士兵的操作技能、团队协作和决策能力并帮助运动员改进和创新技术动作；在人类及心理学中，虚拟人通常被用来辅助研究人员建立人体的行为和心理学模型.通过虚拟交互以及动态测试.评估和验证模型的合理性:在动漫产业中，人体动画更是起到了举足轻重的作用，尤其在3D电影以及动作类游戏中，虚拟人的身影随处可见。随着虚拟人技术的日益成熟，利用虚拟人来模拟真实人的行为井对其性能进行评估，在军事、医学、娱乐和艺术等领域中受到越来越多的关注。最近，基于运动捕捉的动画技术由于其高效行，逼真性正逐步成为一个成熟的技术；但由于运动捕捉设备的昂贵性等，对运动捕捉数据的处理变得越发重要。
发明内容
本发明针对以上问题的提出，而研制一种基于路径的人体运动编辑方法，其不仅可以修补运动捕捉结果中的问题，还可以解决其他问题如数据的复用，建立不可能运动等
坐寸ο本发明采取的技术方案主要包括如下几步骤:第一步:自适应调节脚高度阈值划分支撑脚的算法；第二步:根据两帧根节点的弧长确定根节点在新路径上的位置，根据新路径调整原始运动的旋转角度；第三步:去除滑步；第四步:为了使新运动更靠近用户指定的路径运动我们增加了双肩约束，对不满足双肩约束的我们进行调整，对于双肩都在左侧的我们在旋转原始运动的方向尽量使旋转后的运动方向向右调整。本发明原理及有益效果:由于采用了上述技术方案，本发明适于广泛推广。
图1是本发明的流程图。图2是行走一个步长脚尖的状态及约束。图3是人体骨骼模型。图4是行走运动第一个步长的脚踝高度ε。
图5是跑运动。图6是走运动。图7是方向旋转。图8是关节点平移去除滑步。图9是利用最短欧拉距离判定/4最邻近线段。图10是双肩约束检测。图11是原始运动方向dk，Clj在新路径的逆时针方向，调整角度Θ m, Θ ^吏运动满足双肩约束。图12是原始运动方·向dk，Clj在新路径的顺时针方向，调整角度Θ w θ n使运动满足双肩约束。图13 Ca)是直线行走运动使用未添加双肩约束的方法被编辑为沿半圆型路径行走。图13 (b)是直线行走运动使用添加双肩约束的方法被编辑为沿半圆型路径行走。图13 (c)是直线快跑运动使用未添加双肩约束的方法被编辑为沿半圆型路径快跑。图13 (d)是直线快跑运动使用添加双肩约束的方法被编辑为沿半圆型路径快跑。图13 Ce)是直线慢跑运动使用未添加双肩约束的方法被编辑为沿半圆型路径慢跑。图13 (f)是直线慢跑运动使用添加双肩约束的方法被编辑为沿半圆型路径慢跑。
具体实施例方式下面通过附图对本发明做进一步说明，本发明的一个实施例为:一种基于路径的人体运动编辑方法包括以下几步骤，如图1所示:第一步:自适应调节脚高度阈值划分支撑脚的算法根据捕捉数据的运动类型，用户指定的最小约束帧的长度1，I的最大误差Π，方面确定脚踝的高度阈值Φ，若某帧脚的高度小于Φ，则称此帧为支撑脚；其中I与η的取值范围与三维人体运动捕捉设备有比较紧密的联系，不同的设备一秒钟能捕捉的帧数不同，常见的有30帧/秒，60帧/秒，120帧/秒；CMU人体运动数据库中常见的数据是30帧/秒、120帧/秒且步长一般为8(Γ120帧；正常人行走的一个步长分为4个阶段，故每个阶段的最小约束帧的长度I的范围为[20，60];本发明试验中采用I取值为20，I的误差的设定可以很好的处理带有噪声的数据，I的误差越大去噪能力越强但是就会导致每个阶段界限不明可能会使R_阶段的帧划分到Acon阶段中。其中，若以脚着地约束定义步长，我们把形走和跑步分为以下结果阶段，Lcon为左脚支撑阶段，A_为双脚支撑阶段，R_为右脚支撑阶段，N_表示腾空阶段；基于以上原因，设定I的最大误差η为I的1/2。本发明实施例中设定η为10。脚踝的高度阈值Φ的确定方法步骤如下:1.预处理:计算出左右脚踝在全局坐标系中的坐标，即VlfMt，Vrfoot对应的VWOTld ；2运动类型和用户指定最小支撑脚约束帧的长度求出第一个步长的脚踝高度阈值:不同的运动类型满足不同的支撑脚约束，在一个步长内行走的支撑脚满足八_-1 _4_-1^_并结合用户指定的最小支撑脚约束帧的长度I求出脚踝的约束高度为ε，如图4所示；3.根据上一步求得的步长的高度阈值ε和I允许的误差η求出下一步长的高度阈值ε 2 ；4.重复步骤3直到最后一步长；第二步:根据两帧根节点的弧长确定根节点在新路径上的位置，根据新路径调整原始运动的旋转角度；利用两帧之间根节点的弧长确定原始运动在新路径上的位置，由于两帧之间根节点长度很短，故用欧拉距离近似代替，
权利要求
1.一种基于路径的人体运动编辑方法，其特征在于:包括以下几步骤第一步:自适应调节脚高度阈值划分支撑脚的算法根据捕捉数据的运动类型，用户指定的最小约束帧的长度1，I的最大误差η，这二个参数确定脚踝的高度阈值Φ，若某帧脚的高度小于Φ，则称此帧为支撑脚；其中I与H的取值范围与三维人体运动捕捉设备有比较紧密的联系，不同的设备一秒钟能捕捉的帧数不同，常见的有30帧/秒，60帧/秒，120帧/秒；CMU人体运动数据库中常见的数据是30帧/秒、120帧/秒且步长一般为8(Γ120帧；正常人行走的一个步长分为4个阶段，故每个阶段的最小约束帧的长度I的范围为[20，60]；脚踝的高度阈值Φ的确定方法步骤如下:1.预处理:计算出左右脚踝在全局坐标系中的坐标，即Vlf(Krt，Vrfoot对应的VWOTld ；2运动类型和用户指定最小支撑脚约束帧的长度求出第一个步长的脚踝高度阈值:不同的运动类型满足不同的支撑脚约束，在一个步长内行走的支撑脚满足
2.根据权利要求1所述的一种基于路径的人体运动编辑方法，其特征在于:第一步中的第3步所述若下一步长的高度阀值ε 2完全满足此类型运动的步长支撑脚约束且其最小支撑脚约束帧的长度为区间[1-η，1+η]中的某个整数，则此步长的￡2与ε大小相同，即 ε 2 = ε。
3.根据权利要求1所述的一种基于路径的人体运动编辑方法，其特征在于:第一步中的第3步所述若下一步长的高度阀值ε2不满足运动类型的步长支撑脚约束则说明￡2过小或过大需增加或减小λ，使调整后的ε2所得到的步长满足此类型运动的步长支撑脚约束且其最小支撑脚约束帧的长度为区间[1-η，1+η]中的某个整数。
4.根据权利要求1所述的一种基于路径的人体运动编辑方法，其特征在于:第一步中的第I步预处理实现步骤如下:检测脚支撑约束是步长为单位的，所述步长定义为:周期运动的一个周期内的运动；若以行走为例，即任一脚开始着地的那一帧定义为一步的开始，同一只脚在次开始着地的那一帧的前一帧，定义为这步的结束，若以脚着地约束定义步长，我们把形走和跑步分为以下结果阶段，Lcon为左脚支撑阶段，Acon为双脚支撑阶段，Rcon为右脚支撑阶段，Ncon表示腾空阶段；当先抬左脚时正常人的形走一个步长内的约束阶段为:
全文摘要
本发明公开了一种基于路径的人体运动编辑方法，属于图像处理技术领域。本发明首先讨论了脚支撑约束检测问题并提出了自适应调节脚高度阈值划分支撑脚的算法。根据捕捉数据的运动类型，用户指定的最小约束帧的长度l，l的最大误差η这两方面确定脚踝的高度阈值φ。随后本发明又研究了如何减小编辑后的运动路径与用户指定路径的偏差的方法。经过观察发现正常人走或跑时左右肩膀分别在运动路径的左右两侧，故通过调整运动帧使运动时的双肩在路径的两侧来减小偏差。最后，本发明研究了基于用户指定路径的运动编辑算法。该算法运用向量的平移解决滑步问题减少了计算量，编辑后的运动路径与指定路径的偏差较小，并且编辑后的运动较自然可以满足用户的需求。
文档编号G06T13/40GK103077545SQ20131001144
公开日2013年5月1日 申请日期2013年1月11日 优先权日2013年1月11日
发明者张强, 周东生, 张靖超, 王玲, 李晴 申请人:大连大学