[发明专利]基于物理引擎和碰撞实体的位姿估计虚拟数据集生成方法

权利要求书

1.一种基于物理引擎和碰撞实体的位姿估计虚拟数据集生成方法，其特征在于，包括：

搭建或加载虚拟场景和仿真物料；

将所述仿真物料在所述虚拟场景中进行碰撞仿真；

所述碰撞仿真结束后在相机视角下进行渲染；

生成渲染后的所述虚拟场景和所述仿真物料的彩色图像、灰度图像和深度图像并保存；

导出所述虚拟场景中所述仿真物料在相机坐标下的三维位姿。

2.根据权利要求1所述的一种基于物理引擎和碰撞实体的位姿估计虚拟数据集生成方法，其特征在于，所述搭建或加载虚拟场景和仿真物料，包括：

建立场景模型和仿真物料模型；

建立物理仿真的物理场景；

设置所述物理场景的环境参数配置；

设置相机参数配置；

将所述场景模型添加到所述物理场景并调整位姿；

将所述仿真物料模型添加到完成了场景模型添加的所述物理场景中。

3.根据权利要求1所述的一种基于物理引擎和碰撞实体的位姿估计虚拟数据集生成方法，其特征在于，所述将所述仿真物料在所述虚拟场景中进行碰撞仿真，包括：

设置需要添加的仿真物料数量、仿真物料初始的随机位置范围和姿态范围；

仿真物料之间进行仿真碰撞；

对于每对发生碰撞的仿真物料，通过计算两个仿真物料模型的三维网格是否发生重叠得到其最深碰撞点；

通过所述最深碰撞点的碰撞深度计算物体间接触力，并通过动力学求解和运动积分获得每个仿真物料碰撞后的位置。

4.根据权利要求3所述的一种基于物理引擎和碰撞实体的位姿估计虚拟数据集生成方法，其特征在于，所述碰撞仿真结束后在相机视角下进行渲染，通过开源图形库绘制虚拟场景中及仿真物料在当前相机视角下的图像。

5.根据权利要求4所述的一种基于物理引擎和碰撞实体的位姿估计虚拟数据集生成方法，其特征在于，所述通过开源图形库绘制虚拟场景中及仿真物料在当前相机视角下的图像，包括：

获取每一帧仿真物料在虚拟场景中的位姿，得到仿真物料各个顶点的坐标；

通过所述每个仿真物料的各个顶点坐标的位姿变换和透视变换计算得到仿真物料在投影平面的二维坐标；

所述二维坐标作为三角面片的顶点坐标，所述三角面片构成场景图形；

通过图形渲染管线，将渲染得到的所述场景图形绘制在屏幕上。

6.根据权利要求5所述的一种基于物理引擎和碰撞实体的位姿估计虚拟数据集生成方法，其特征在于，所述各个顶点坐标的位姿变换和透视变换，包括：

读取相机在三维空间中的位置和姿态，并记作齐次变换矩阵H_c；

读取完成碰撞后的场景中需要渲染的每个仿真物料的位置和姿态，并记作齐次变换矩阵H_p；

计算仿真物料坐标系下的每个顶点为P_m在相机坐标系下的位置：P_c＝H_c*H_p*P_m；

定义透视变换矩阵

其中：

FOV表示相机视角范围，W表示近裁剪平面的宽度，H表示近裁剪平面的高度，Z_near表示相机中心到近裁剪平面的距离，Z_far表示相机中心到远裁剪平面的距离；

通过透视变换矩阵，得到二维的近裁剪平面，并计算空间点投影到所述近裁剪平面后的二维坐标P_s：

P_s＝M_proj*P_c＝M_proj*H_c*H_P*P_m。