[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

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，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。

技術領域

本發明涉及的是一種虛擬現實領域的技術，具體是一種僅根據用戶雙手及頭部的位置和姿態采用反向動力學及動畫混合的方式，分別對用戶的上半身及下半身在虛擬現實中進行實時身體姿態重建的一種技術。

背景技術

隨著硬件規格的不斷提高，虛擬現實技術又一次變得火熱起來，并被業內人士逐漸看好。雖然目前設備的普及量無法讓用戶們感受到虛擬現實的魅力，但是相信當用戶足夠多且內容足夠豐富時，虛擬現實會煥發出該有的魔力。

在各類的虛擬現實應用中，將人體重建入虛擬世界中的需求經常會被用到。比如，在多人虛擬現實中，每個用戶都希望看到隊友以一個人形出現在虛擬世界中，而非目前因受限于追蹤設備而采用的一個懸浮的頭和兩只懸浮的手，這對于追求沉浸感的虛擬現實領域來說是需要進步的地方。因此，如何根據少量低維度的傳感器信息來盡可能的準確實時重建人體動作成為了業界一個新的研究點。

在虛擬現實火爆之前，對于基于少量傳感器的人體姿態重建算法就已經有很多的相關研究工作，其中：比較流行的方案就是基于大數據驅動的方式，根據實時給定的傳感器姿態數據來搜索匹配在姿態數據庫中已有的人體姿態，再根據能量函數來使搜索結果，實際輸入和動作相關性之間達到一個最優的權衡條件，最終將重建的姿態呈現出來。

發明內容

本發明針對現有技術中重建結果很大程度上依賴于數據庫中的運動數據數量，無法合成或運動數據庫中不存在的姿態等缺陷，提出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，只需要實時提供雙手的位置和姿態以及頭部的位置和姿態，上下半身分別采用反向動力學及動畫混合的方式進行實時重建。

本發明是通過以下技術方案實現的：

本發明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。

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。

本發明具體包括以下步驟：

步驟一，用戶手持虛擬現實控制器，頭戴頭戴顯示器，擺出標準校正姿勢(T pose)以標定人體相關參數h_s及w_s，從而適應不同身高臂長的人來使用該重建方案。

所述的標準校正姿勢是指：直立、兩臂側平舉、頭部向正前方。

所述的人體相關參數其中：p_h指頭部位置，h_m指需要映射到虛擬場景中的人物模型高度，p_r指右手位置，p_l指左手位置，w_m指需要映射到虛擬場景中的人物模型臂展。

步驟二，通過傳感器記錄采集到的數據，并實時統計輔助參量。