[发明专利]一种基于层次模型的人体动作检索方法及设备

说明书

本发明涉及一种基于层次模型的人体动作检索方法及设备，方法包括以下步骤：从人体运动文件中提取每一帧每个关节点信息，计算该关节点在世界坐标系下的位置；确定位置变化最大的关节点及该关节点的主要运动方向；对该运动文件数据按照层次模型进行编码；将文件运动数据及其层次模型编码存入运动数据库；根据数据库中每个文件对应的层次模型编码为所有文件建立索引树；使用层次模型编码对数据库进行检索。本发明使用基于层次模型的编码保留运动数据的主要几何特征，把对复杂运动数据的检索转化为对简单数字编码的检索，极大的提高了检索的时间效率。

技术领域

本发明涉及一种数据检索方法及设备，特别涉及一种基于层次模型的人体动作检索方法及设备。

背景技术

随着运动捕获技术的兴起，以及各类光学、机械等动作捕捉设备的进步，现在人们已经能够快速获取大量人体动作三维数据文件。由于人体动作三维数据文件能够较为精准的记录下实验者各时间段内的全部运动轨迹，通过分析动作捕获所得的数据便可得到人体运动的详尽细节，极大的提高了动作数据相关工作获取的便利性及数据的可靠性。运动数据的复用和大规模运动数据库的建立为运动捕捉技术提供了一种更为省时而经济的方案，同时，也对运动数据库的组织和搜索技术提出了更高的要求。

运动检索技术是实现运动捕捉数据复用的一项关键技术。人体动作序列是一种典型的高维时间序列，对于高维信息的处理，如果采用常规方法进行检索将耗费大量的运行时间和内存空间。因此，选取合适的特征表示方法使得检索速度和检索质量都可以接受显得非常重要。现有对运动数据库的检索主要是通过提取出几何特征并计算欧氏距离来实现的，其目的是为了实现对运动数据库内容的检索，但是对复杂几何特征及欧式距离的计算使得数据库检索时需要耗费大量的运行时间，无法满足实时的需求。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种基于层次模型的人体动作检索方法及设备，使用新的几何特征实现基于内容的运动数据检索，提高常规检索方法的时间效率。

为达到上述目的，本发明提供了一种基于层次模型的人体动作检索方法，包括以下步骤：

从人体运动文件中提取每一帧每个关节点信息，计算该关节点在世界坐标系下的位置；

确定位置变化最大的关节点及该关节点的主要运动方向；

对该运动文件数据按照层次模型进行编码，一级码对应位置变化最大的关节点，二级码对应该关节点的主要运动方向，三级码对应运动频率；

将文件运动数据及其层次模型编码存入运动数据库；

根据数据库中每个文件对应的层次模型编码为所有文件建立索引树，索引树的非叶子结点包含对应层次的编码，叶子结点包含了一个索引结构inode，记录如下索引信息：{层次模型编码，所在文件名，前一个inode的指针，下一个inode的指针}；

检索运动数据库时，首先对查询的运动进行层次模型编码，在索引树中寻找编码相似的叶子结点，最后再根据inode的指针信息搜索到所有编码相似的运动文件，即得到一个相似运动候选文件集合。

优选地，按照以下方法，确定位置变化最大的关节点及该关节点的主要运动方向：

分别设定震荡因子S_x、S_y、S_z，用以记录人体骨骼架构中每个关节点在世界坐标系下X、Y、Z方向的最大位移；求出S_x、S_y、S_z的最大值，即可确定位置变化最大的关节点及该关节点的主要运动方向。

优选地，计算出每一帧每个关节点在世界坐标系下的位置后，进行关键帧的判别与提取，使用关键帧数据确定文件的层次模型编码，并且只将关键帧运动数据及其层次模型编码存入运动数据库。