[发明专利]骨骼姿态计算方法、人物虚拟模型驱动方法及存储介质

权利要求书

1.一种基于反向运动学的骨骼姿态计算方法,其特征在于，包括以下步骤：

根据人体骨骼链的初始姿态信息，按照正向运动学方式计算出肢端的理论目的姿态信息；所述人体骨骼链包括根节点P₁、肢端P_n和中间的节点P₂~P_n-1，以及包括节点P₁、P₂…P_n-1分别对应的中间关节；所述人体骨骼链的各段骨骼分别使用节点P₁、P₂…P_n-1、P_n来表示，节点P₁、P₂…P_n-1中每个节点所对应的骨骼与下一节点所对应的骨骼之间连接的关节称为中间关节；所述初始姿态信息包括根节点的初始姿态信息、中间关节的角度信息、各个骨骼的骨骼长度以及肢端的初始姿态信息；所述肢端的理论目的姿态信息满足以下公式

；

其中，y表示肢端P_n的理论目的姿态信息，Length_i表示节点P_i所对应骨骼的骨骼长度的矢量，Tran₁表示根节点P₁的初始姿态信息，Rot_i表示节点P_i所对应的中间关节的角度信息，Rot_i为旋转3*3矩阵且该矩阵由节点P_i所对应的中间关节的三维转角x_i组成，i是1~n范围内的任意整数，其中n表示节点个数；

判断肢端的理论目的姿态信息是否接近肢端的实际目的姿态信息；若判断结果为否，则获取肢端的姿态信息变化量，并根据肢端的姿态信息变化量计算所述人体骨骼链的中间关节的关节角度变化量；所述肢端的姿态信息变化量是指相邻两次迭代计算之间的姿态信息的改变量，且用公式表示为

△y =（肢端的实际目的姿态信息—肢端的初始姿态信息）/K0，或者

△y =（肢端的实际目的姿态信息—肢端的理论目的姿态信息）/（K0-k）；

其中，K0表示预设的循环次数，k表示当前的循环次数，K0-k表示剩余的循环次数；所述中间关节的关节角度变化量是指相邻迭代计算之间的关节角度的改变量；

其中，根据肢端的姿态信息变化量计算所述人体骨骼链的中间关节的关节角度变化量包括：依次判断每个中间关节的关节角度变化量对应的梯度值是否为零，若为零则在误差允许的范围内修正中间关节的角度信息以使该中间关节对应的梯度值不为零，若不为零则保持该梯度值；为节点P₁、P₂…P_n-1所分别对应的中间关节的角度信息赋予不同的权重值，靠近肢端P_n的节点所对应的中间关节设置较大的权重值，以优先调整中间关节的关节角度变化量；用t a p e n a d e工具反向计算各个中间关节的关节角度变化量，根据计算各个中间关节的关节角度变化量△x且分别为△x₁、△x₂…△x_i…、△x_n-1，其中的为△x的梯度值；所述人体骨骼链的中间关节的关节角度变化量为相邻两次迭代计算之间的关节角度的改变量；y表示肢端P_n的理论目的姿态信息，x表示节点P₁、P₂…P_i…P_n-1所分别对应的中间关节的角度信息；

根据计算出的中间关节的关节角度变化量更新人体骨骼链的初始姿态信息，根据计算出的肢端的理论目的姿态信息更新肢端的姿态信息变化量，并进入根据人体骨骼链的初始姿态信息，按照正向运动学方式计算出肢端的理论目的姿态信息的步骤，直到判断肢端的理论目的姿态信息接近肢端的实际目的姿态信息为止；

其中，根据计算出的中间关节的关节角度变化量更新人体骨骼链的初始姿态信息包括：将每个中间关节的角度信息x_i与得到的关节角度变化量△x_i求和，得到角度值x_i´=x_i+△x_i，将该角度值x_i´更新至节点P_i所对应的中间关节的角度信息x_i；

判断当前的循环次数k是否达到设定值0.9*K0，当k达到0.9*K0时根据每个骨骼当前的骨骼长度和其预设的骨骼长度变化量更新该骨骼的骨骼长度，更新骨骼长度的过程包括骨骼长度的拉伸过程和骨骼形状的弯曲变形过程；在k未达到0.9*K0时，根据计算出的肢端P_n的理论目的姿态信息、剩余的循环次数K0-k以及肢端P_n的实际目的姿态信息，更新肢端P_n的姿态信息变化量，此时肢端P_n的姿态信息变化量用公式表示为

△y ´=（肢端的实际目的姿态信息—肢端的理论目的姿态信息）/（K0-k）。