[發明專利]用于人體運動捕捉數據檢索的高維空間超球覆蓋方法

有效

• 申請號: 200810228059.0
• 申請日: 2008-10-11
• 公開（公告）號: CN101661492A
• 公開（公告）日: 2010-03-03
• 發明（設計）人: 魏小鵬;肖伯祥;張強
• 申請（專利權）人: 大連大學
• 主分類號: G06F17/30
• 分類號: G06F17/30
• 代理公司: 大連八方知識產權代理有限公司
• 代理人: 衛茂才

技術領域

本發明涉及人體運動捕捉技術領域，特別涉及光學人體運動捕捉數據中的特征表示、提取、以及檢索方法。

背景技術

近年來，運動捕獲技術在計算機動畫領域得到了廣泛應用，隨著計算機軟硬件技術的發展，人體運動捕捉技術逐漸發展成為虛擬現實、計算機視覺、影視動畫制作等領域一種重要的數據獲取手段，是數學、計算機圖形學、圖像處理、數據處理等多個學科相互滲透、相互交叉的新興學科，運動捕捉技術相關理論方法的研究豐富了計算機動畫、虛擬現實領域研究內容，具有重要的理論價值。人體運動捕捉技術具有廣泛的實際應用價值，可應用于工業、農業、交通、文教衛生和體育等許多行業，特別是在醫學、體育科學研究、運動訓練指導、現代影視、動畫和游戲制作等領域的應用，有重要的實際應用價值。

隨著運動捕獲技術的廣泛應用，三維人體運動序列可以直接由運動捕捉設備獲取，并以不同運動捕捉文件標準格式進行存儲，由于缺乏有效的運動捕捉數據的管理、檢索方法和系統，從而導致大規模三維運動數據庫的不斷建立，而其中又存在大量近似、重復和冗余的數據，針對特定目標的運動數據的可重復利用性受到很大限制。這必然造成設備、人力、物力的重復和冗余，從而增加運動捕捉相關產品制作成本。同時由于傳統的基于文本的檢索算法存在著人工標注費時費力且易造成主觀理解不統一等問題，難以被用來進行運動檢索。因此，人體運動捕捉數據檢索與重用逐漸成為近年來的熱點問題，為方便地使用和管理這些三維運動庫，需要設計有效的、高效的人體運動捕捉數據檢索方法、開發實用的、通用的人體運動捕捉數據檢索系統。進而降低動漫產品制作成本，對推動影視制作、游戲娛樂、動漫產業的快速發展，構建相互支撐的動漫產業鏈，促進國家文化產業發展進而帶動國民經濟增長具有重要的作用和深刻意義。

由于人體自然運動本身所具有的復雜性，以及不同規格、不同標準的運動捕捉數據之間的差異，導致了人體運動捕捉數據檢索方法的諸多困難。在傳統的方法中，主要有基于運動模版的方法和動態時間彎曲的方法，其中基于模版的方法弊端在于由于人體運動的復雜性，很難用有限個固定的模版來描述某一類運動，因而限制了檢索方法的精度和效率。動態時間彎曲的方法是時間序列匹配種經典方法，針對不同長度、頻率的人體運動數據應用動態時間彎曲算法，從而實現某類運動的檢索。然而這種方法的弊端在于計算效率低下。限制了該方法的推廣和應用。

發明內容

本發明的目的在于通過對以上兩類方法局限性的分析，引入人體各類不同運動在高維空間中的分布特征概念和方法，首先提取人體運動數據中主要特征，構造特征向量，針對某一類檢索條件(即待檢索的目標運動)的特征向量，在對應的高維空間中構造一系列超球覆蓋區域，定義覆蓋序列，進而評價覆蓋序列的相似度，實現運動捕捉數據的檢索。附圖1所示為本發明方法流程圖。實驗表明該方法具有高處理效率、良好魯棒性。

本發明的技術解決方案是這樣實現的：

一種用于人體運動捕捉數據檢索的高維空間超球覆蓋方法，包括將基于C++程序設計語言和OpenGL圖形庫開發的人體運動捕捉數據檢索系統裝入計算機和對人體運動捕捉數據庫進行構建、初始化的步驟，其特征在于還包括以下步驟：

(1)、本方法中的檢索條件為一組同類運動片斷，選取關鍵姿態并以類型序號(P1，P2，……，Pn)作為標記，并稱為檢索序列，例如某“走”運動檢索條件通過關鍵姿態選取后得到檢索序列[P1，P2，P3，P4]，如附圖2所示；

(2)、對人體運動數據進行規范化，方法如圖3(a)所示，選取Root節點為坐標原點，記作O，以Root節點至LowerBack節點的向量為Y軸，記作OY，以RightHip節點至LeftHip節點的向量為預定的X軸，記作OX’，以右手定則計算OX’與OY的正交向量，作為Z軸OZ，再以OY和OZ為基準以右手定則計算正交向量作為最終的X軸，記作OX，所有向量均為單位向量，這樣針對每一幀運動數據建立起一個局部坐標系。將所有人體運動數據(包括運動檢索數據庫和檢索條件)進行局部坐標系轉化，完成規范化。規范化后的運動數據具有統一的位置、朝向和尺度，為進一步的特征選取奠定基礎；