[發明專利]骨骼姿態計算方法、人物虛擬模型驅動方法及存儲介質

有效

• 申請號: 201810403604.9
• 申請日: 2018-04-28
• 公開（公告）號: CN108876815B
• 公開（公告）日: 2021-03-30
• 發明（設計）人: 長坂友裕;趙穎;許秋子
• 申請（專利權）人: 深圳市瑞立視多媒體科技有限公司
• 主分類號: G06T7/246
• 分類號: G06T7/246
• 代理公司: 深圳鼎合誠知識產權代理有限公司 44281
• 代理人: 胥強;彭家恩

1.一種基于反向運動學的骨骼姿態計算方法,其特征在于，包括以下步驟：

根據人體骨骼鏈的初始姿態信息，按照正向運動學方式計算出肢端的理論目的姿態信息；所述人體骨骼鏈包括根節點P₁、肢端P_n和中間的節點P₂~P_n-1，以及包括節點P₁、P₂…P_n-1分別對應的中間關節；所述人體骨骼鏈的各段骨骼分別使用節點P₁、P₂…P_n-1、P_n來表示，節點P₁、P₂…P_n-1中每個節點所對應的骨骼與下一節點所對應的骨骼之間連接的關節稱為中間關節；所述初始姿態信息包括根節點的初始姿態信息、中間關節的角度信息、各個骨骼的骨骼長度以及肢端的初始姿態信息；所述肢端的理論目的姿態信息滿足以下公式

；

其中，y表示肢端P_n的理論目的姿態信息，Length_i表示節點P_i所對應骨骼的骨骼長度的矢量，Tran₁表示根節點P₁的初始姿態信息，Rot_i表示節點P_i所對應的中間關節的角度信息，Rot_i為旋轉3*3矩陣且該矩陣由節點P_i所對應的中間關節的三維轉角x_i組成，i是1~n范圍內的任意整數，其中n表示節點個數；

判斷肢端的理論目的姿態信息是否接近肢端的實際目的姿態信息；若判斷結果為否，則獲取肢端的姿態信息變化量，并根據肢端的姿態信息變化量計算所述人體骨骼鏈的中間關節的關節角度變化量；所述肢端的姿態信息變化量是指相鄰兩次迭代計算之間的姿態信息的改變量，且用公式表示為

△y =（肢端的實際目的姿態信息—肢端的初始姿態信息）/K0，或者

△y =（肢端的實際目的姿態信息—肢端的理論目的姿態信息）/（K0-k）；

其中，K0表示預設的循環次數，k表示當前的循環次數，K0-k表示剩余的循環次數；所述中間關節的關節角度變化量是指相鄰迭代計算之間的關節角度的改變量；

其中，根據肢端的姿態信息變化量計算所述人體骨骼鏈的中間關節的關節角度變化量包括：依次判斷每個中間關節的關節角度變化量對應的梯度值是否為零，若為零則在誤差允許的范圍內修正中間關節的角度信息以使該中間關節對應的梯度值不為零，若不為零則保持該梯度值；為節點P₁、P₂…P_n-1所分別對應的中間關節的角度信息賦予不同的權重值，靠近肢端P_n的節點所對應的中間關節設置較大的權重值，以優先調整中間關節的關節角度變化量；用t a p e n a d e工具反向計算各個中間關節的關節角度變化量，根據計算各個中間關節的關節角度變化量△x且分別為△x₁、△x₂…△x_i…、△x_n-1，其中的為△x的梯度值；所述人體骨骼鏈的中間關節的關節角度變化量為相鄰兩次迭代計算之間的關節角度的改變量；y表示肢端P_n的理論目的姿態信息，x表示節點P₁、P₂…P_i…P_n-1所分別對應的中間關節的角度信息；

根據計算出的中間關節的關節角度變化量更新人體骨骼鏈的初始姿態信息，根據計算出的肢端的理論目的姿態信息更新肢端的姿態信息變化量，并進入根據人體骨骼鏈的初始姿態信息，按照正向運動學方式計算出肢端的理論目的姿態信息的步驟，直到判斷肢端的理論目的姿態信息接近肢端的實際目的姿態信息為止；

其中，根據計算出的中間關節的關節角度變化量更新人體骨骼鏈的初始姿態信息包括：將每個中間關節的角度信息x_i與得到的關節角度變化量△x_i求和，得到角度值x_i′=x_i+△x_i，將該角度值x_i′更新至節點P_i所對應的中間關節的角度信息x_i；

判斷當前的循環次數k是否達到設定值0.9*K0，當k達到0.9*K0時根據每個骨骼當前的骨骼長度和其預設的骨骼長度變化量更新該骨骼的骨骼長度，更新骨骼長度的過程包括骨骼長度的拉伸過程和骨骼形狀的彎曲變形過程；在k未達到0.9*K0時，根據計算出的肢端P_n的理論目的姿態信息、剩余的循環次數K0-k以及肢端P_n的實際目的姿態信息，更新肢端P_n的姿態信息變化量，此時肢端P_n的姿態信息變化量用公式表示為

△y ′=（肢端的實際目的姿態信息—肢端的理論目的姿態信息）/（K0-k）。