一种基于特征的三维个性化人体建模方法与流程

本发明涉及人体三维建模技术领域，具体是一种基于特征的三维个性化人体建模方法。

背景技术：

人体是非常复杂的几何体，三维人体建模作为计算机人体仿真的一个组成部分，一直是人们研究的热点之一。自交互式计算机图形学诞生之日起，就有学着不断探索计算机人体建模技术，三维人体建模技术发展至今，日趋成熟，主要的人体建模方法有：三维线框模型、三维实体模型、三维曲线模型以及基于物理的三维建模。但是如今建模技术有很多缺点，比如建立的人体模型精度低、建模速度慢、建模开销大等。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种基于特征的三维个性化人体建模方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于特征的三维个性化人体建模方法，步骤如下：

1)根据生物学原理将人体特征进行局部分块；

2)对各个人体分块进行特征点提取，并分析特征点的关联关系，构造出整个人体的特征点集和特征关系集；

3)使用b样条曲线对各个人体分块的特征点进行拟合，获得具有多条特征曲线的三维人体模型；

4)采用插值法对具有多条特征曲线的三维人体模型进行处理，获得最终的三维人体模型。

作为本发明进一步的方案：步骤1)中，根据人体肌肉分布规则对人体进行局部分块，分为头部、颈部、胸部、腹部、臀部、上臂、小臂、大腿、小腿。

作为本发明再进一步的方案：步骤2)中，在对头部进行特征点提取时，横向上以颞肌、枕肌、额肌和帽状腱膜为标准选取16个特征点，纵向上增加以颧弓和下唇方肌为基础的四个特征点。

作为本发明再进一步的方案：步骤2)中，在对颈部进行特征点提取时，前颈部从颈部左右胸锁乳突肌到喉咙选取三个特征点，后颈部以颈肌、斜方肌为基准左右对称分别选取三个特征点。

作为本发明再进一步的方案：步骤2)中，在对胸部进行特征点提取时，从三条线上进行提取，第一条位于锁骨下方胸肌上方，前方以肩胛舌骨肌到人体胸前中心为基准选取三个特征点，后方根据肩胛骨分布定义另外两个特征点，第二条位于胸部中心，在大胸肌中心上对称选取两个特征点，在两块大胸肌中间选取一个特征点，侧后面在大圆肌上选取两个点，同一水平线上的脊椎中心也为一个特征点，第三条位于胸肌下方及前锯肌上方。

作为本发明再进一步的方案：步骤2)中，在对腹部进行特征点提取时，以腹直肌、腹外斜肌、腹内斜机、弓状线和肚脐为参照定义两排特征点，配合竖脊肌，共选取60个特征点。

作为本发明再进一步的方案：步骤2)中，在对臀部进行特征点提取时，以髂嵴取30个特征点，肚脐下方定义一个特征点，大腿肌膜张肌对称选取两个特征点，后背上在竖脊肌末端选取一个特征点，以臀中肌、大腿肌膜张肌选取两组30个特征点。

作为本发明再进一步的方案：步骤2)中，在对上臂和小臂进行特征点提取时，根据三角肌、肱二头肌、股三头肌、肱桡肌、屈肌将整个胳膊一共提取30个重要特征点。

作为本发明再进一步的方案：步骤2)中，在对大腿进行特征点提取时，以股四头肌、缝匠肌、前直肌股外内侧肌为根据选取60个特征点。

作为本发明再进一步的方案：步骤2)中，在对小腿进行特征点提取时，以前胫骨肌、腓腹肌、腓骨肌、比目鱼肌、趾长深肌为依据提取60个特征点。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提供一种高效精确的实现技术，来提高三维个性化人体构建的速度、准确度以及更高的用户满意度，优化人体特征点选取效率，提升特征分析精度，构建最接近真人的三维个性化人体模型。本发明快速准确的分析二维图片人体特征，从中提取出个性化的关键性信息，实时高效构建出最符合照片特征的三维人体模型。

附图说明

图1为胸部特征点所拟合的特征曲线。

图2为对胸部特征曲线进行插值法处理后的效果图。

图3为腹部特征点所拟合的特征曲线。

图4为对腹部特征曲线进行插值法处理后的效果图。

图5为上臂和小臂特征点所拟合的特征曲线。

图6为对上臂和小臂特征曲线进行插值法处理后的效果图。

图7为大腿和小腿特征点所拟合的特征曲线。

图8为对大腿和小腿特征曲线进行插值法处理后的效果图。

图9为整个人体所有特征点所拟合的特征曲线。

图10为对人体所有特征曲线进行插值法处理后的效果图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明的技术方案作进一步详细地说明。

请参阅图1-10，一种基于特征的三维个性化人体建模方法，步骤如下：

1)根据生物学原理将人体特征进行局部分块，本实施例中，优选的，根据人体肌肉分布规则对人体进行局部分块，分为头部、颈部、胸部、腹部、臀部、上臂、小臂、大腿、小腿；

2)对各个人体分块进行特征点提取，并分析特征点的关联关系，构造出整个人体的特征点集和特征关系集，特征点的数量越多，越符合人体构造，建立出来的人体模型也就越符合实际；

在对头部进行特征点提取时，以颞肌、枕肌、额肌和帽状腱膜为标准选取16个特征点，这16个特征点横向上决定了人的头骨切面弧线，纵向上增加以颧弓和下唇方肌为基础的四个特征点，决定人体头骨的纵向弧线；

在对颈部进行特征点提取时，从颈部左右胸锁乳突肌到喉咙选取三个特征点，这三个特征点最能突出前颈部的整体特征，后颈部以颈肌、斜方肌为基准左右对称分别选取三个特征点，以完成人体颈部整体塑形；

在对胸部进行特征点提取时，可以设定由特征点生成的三块基本特征曲线，第一条位于锁骨下方胸肌上方，前方以肩胛舌骨肌到人体胸前中心为基准选取三个特征点，后方根据肩胛骨分布定义另外两个特征点，这条特征线决定了颈部下方肩宽。第二条位于胸部中心，在大胸肌中心上对称选取两个特征点，在两块大胸肌中间选取一个特征点，这三个点决定了前胸部的宽度，侧面后面在大圆肌上选取两个点，同一水平线上的脊椎中心也视为一个特征点与其它特征点决定人体胸部厚度。第三条位于胸肌下方腹部(前锯肌)上方,这些特征点间接影响人体腹部胖瘦，与腹部的特征点决定了人体腰部的肥瘦；

在对腹部进行特征点提取时，以腹直肌、腹外斜肌、腹内斜机、弓状线和肚脐为参照定义两排特征点，配合竖脊肌共选取60个特征点，生成10条特征线；

在对臀部进行特征点提取时，以髂嵴将一个人的臀部和后腰部物理分开，也取30个特征点，肚脐下方定义一个特征点、大腿肌膜张肌对称选取两个特征点，后背上在竖脊肌末端选取一个特征点，这些点决定了上臀部曲线。再往下，以臀中肌、大腿肌膜张肌选取两组30个特征点组成人体臀部模型；

在对上臂和小臂进行特征点提取时，根据三角肌、肱二头肌、股三头肌、肱桡肌、屈肌将整个胳膊定义出来一共30个重要特征点，这30个核心特征点从人体肌肉分布的角度涵盖了整个胳膊的各个关键部分，保证了胳膊部分的建模的准确性；

在对大腿进行特征点提取时，以股四头肌、缝匠肌、前直肌股外内侧肌这些关键点为根据在大腿部分定义60个关键特征点；

在对小腿进行特征点提取时，以前胫骨肌、腓腹肌、腓骨肌、比目鱼肌、趾长深肌为依据定义60个小腿部分的核心特征点；

3)使用b样条曲线对各个人体分块的特征点进行拟合，获得具有多条特征曲线的三维人体模型；

4)采用插值法对具有多条特征曲线的三维人体模型进行处理，获得最终的三维人体模型。

b样条曲线是bezier曲线的改进,对于bezier曲线来说,特征多边形顶点个数决定了bezier曲线的阶次，并且当n较大时，特征多边形对曲线的控制将会减弱。改变一个控制顶点的位置会影响整个曲线的形状，这不利于对曲线的局部修改,且bezier曲线在很多情况下不能反映特征多边形的特点。

b样条曲线的优势在于：

1.递推性。

2.局部性质：定义在非零节点区间∈[t，ti+1]上的k次b样条曲线，由k+f个控制顶点及相应的b样条基函数确定，与其它顶点无关。

3.可微性：k次b样条曲线在其定义域内的非零节点区间内部是无限次可微的，即是c的，或者说具有无穷阶连续性；在定义域内重复度为r的节点处则是k—r次可微的，即是一的，或者说是具有k-r阶连续性。

4.凸包性质：b样条曲线的凸包是多个曲线段凸包的并集，其凸包区域小于或等于同一组控制顶点定义的b6zier曲线凸包区域，b样条曲线恒位于其凸包之内。该性质导致顺序k+1个顶点重合时，由这些顶点定义的k次b样条曲线段退化到这一个重合点；顺序k+1个顶点共线时，由这些顶点定义的次b样条曲线段退化为一直线段。

5.变差减少性质：任一平面与b样条曲线的交点个数不会超过它与控制多边形的交点数，但包含整个控制多边形的平面除外。该性质导致凸性定理成立，即若定义平面b样条曲线的控制多边形是凸的(指连接首末顶点构成的封闭多边形为凸的，相重边情况除外)，则该平面b样条曲线也是凸的。

6.磨光性质：除共线顶点外，次数越高，b样条曲线距离定义它的控制多边形越远。同一组控制顶点定义的b样条曲线，随次数的升高越来越光滑。

7.几何不变性与仿射不变性。由于b样条曲线的这些性质，所以我们选择使用b样条曲线作为拟合曲线。b样条曲线分为均匀b样条曲线和非均匀b样条曲线，这里只讨论均匀b样条曲线。给定n+1个控制点pi(i＝0，1，2，...，n)的坐标pi，n次b样条曲线段的参数表达式为：

式中为n次b样条基函数，其形式为：

其中：

取n＝3,则3次b样条基为：

其中g函数与f函数一样，则p(t)第0个点的值，写成矩阵形式为：

本发明提供一种高效精确的实现技术，来提高三维个性化人体构建的速度、准确度以及更高的用户满意度，优化人体特征点选取效率，提升特征分析精度，构建最接近真人的三维个性化人体模型。本发明快速准确的分析二维图片人体特征，从中提取出个性化的关键性信息，实时高效构建出最符合照片特征的三维人体模型。

上面对本发明的较佳实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。