[發明專利]基于頭部和雙手位置及姿態的實時全身姿態重建方法

在審

• 申請號: 201611150372.8
• 申請日: 2016-12-14
• 公開（公告）號: CN108230429A
• 公開（公告）日: 2018-06-29
• 發明（設計）人: 姜帆;楊旭波
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: G06T13/40
• 分類號: G06T13/40;G06F3/01
• 代理公司: 上海交達專利事務所 31201
• 代理人: 王毓理;王錫麟

1.一種基于頭部和雙手位置及姿態的實時全身姿態重建方法，其特征在于，采用反向動力學方案進行上半身重建，即根據頭部位置，首先估算腰部位置及雙肩位置，之后根據輸入的雙手位置采用反向動力學方法推算得到雙肘位置；然后通過預設動畫混合的方式進行下半身重建，最后依次將所有關節的位置映射到重建后的人物的上、下半身上完成全身姿態的重建；

所述的上半身重建是指：通過虛擬現實控制器完成標定后，采用傳感器記錄緩存過程中所采集到的數據計算得到作為特征值的頭部的平均正方向、雙手連線的垂直平分線平均方向、兩手連線與身體正方向的夾角以及兩手連線與頭部所在垂直平面的夾角，并得到當前人體正方向；然后根據頭部位置依次計算得到腰部高度、腰部的絕對位置、左及右肩位置，并根據反向動力學方法推算得到雙肘位置。

2.根據權利要求1所述的方法，其特征是，所述的下半身重建是指：采用傳感器記錄緩存過程中所采集到的數據計算得到頭部的瞬時速度和雙手臂的擺動姿態，從而對預設的下肢動畫進行混合，并經過合法性檢測完成下半身重建。

3.根據權利要求1所述的方法，其特征是，所述的當前人體正方向，即人的胸部正對方向，通過以下方式得到：

3.1)分別計算頭部的平均正方向和雙手連線的垂直平分線平均方向具體為：其中：指此幀之前所累積的頭部平均正方向，hf_p指的是頭部正方向在世界坐標系中xz平面上的投影，n指所統計的是n幀的頭部平均正方向；

其中：指此幀之前所累積的雙手連線的垂直平分線正方向，lhp及rhp分別指左手與右手在本幀中的位置，(lhp-rhp)_p指的是雙手之間的連線在世界坐標系中xz平面上的投影，n指所統計的是n幀的平均正方向，up指的是世界坐標系中向上的方向，即方向(0，0，1)；

3.2)進一步計算兩手連線與身體正方向的夾角a_cross以及兩手連線與頭部所在垂直平面的夾角a_linear，具體為：其中：hp代表本幀中頭部的位置，lhp及rhp分別表示本幀中左手及右手的位置，下標p代表對該向量求在世界坐標系中xz平面上的投影；

3.3)根據a_cross與a_linear以及和確定當前人體正方向。

4.根據權利要求3所述的方法，其特征是，所述的步驟3.3，具體包括：

3.3.1)當a_cross接近90°或者a_linear接近0°時，則本幀中身體的正方向

3.3.2)當與之間的差別不大，則本幀中身體的正方向否則

3.3.3)當在近幾幀中，頭部處于非穩定的狀態，但雙手處于穩定狀態，則頭部的平均正方向將不再可靠，經觀察發現，在這種情況下，多數是用戶處于靜止狀態下四處張望，因此，此時不隨意更改身體的正方向，即本幀中身體的正方向等于上一幀中身體的正方向，bf_c＝bf_l；

3.3.4)當在近幾幀中，頭部即雙手均處于非穩定的狀態，則沒有穩定的輸入來判斷人體的正方向，此時，仍繼續保持之前的人體正方向，即本幀中身體的正方向等于上一幀中身體的正方向，bf_c＝bf_l。

5.根據權利要求3或4所述的方法，其特征是，對當前人體正方向bf_a進行線性插值，以保證人體的正方向不會因為不穩定的輸入信號而產生突變的情況，即bf_a＝bf_l*(1-f)+bf_c*f，其中：f是混合參數。