[发明专利]基于头部和双手位置及姿态的实时全身姿态重建方法

权利要求书

1.一种基于头部和双手位置及姿态的实时全身姿态重建方法，其特征在于，采用反向动力学方案进行上半身重建，即根据头部位置，首先估算腰部位置及双肩位置，之后根据输入的双手位置采用反向动力学方法推算得到双肘位置；然后通过预设动画混合的方式进行下半身重建，最后依次将所有关节的位置映射到重建后的人物的上、下半身上完成全身姿态的重建；

所述的上半身重建是指：通过虚拟现实控制器完成标定后，采用传感器记录缓存过程中所采集到的数据计算得到作为特征值的头部的平均正方向、双手连线的垂直平分线平均方向、两手连线与身体正方向的夹角以及两手连线与头部所在垂直平面的夹角，并得到当前人体正方向；然后根据头部位置依次计算得到腰部高度、腰部的绝对位置、左及右肩位置，并根据反向动力学方法推算得到双肘位置。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的下半身重建是指：采用传感器记录缓存过程中所采集到的数据计算得到头部的瞬时速度和双手臂的摆动姿态，从而对预设的下肢动画进行混合，并经过合法性检测完成下半身重建。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的当前人体正方向，即人的胸部正对方向，通过以下方式得到：

3.1)分别计算头部的平均正方向和双手连线的垂直平分线平均方向具体为：其中：指此帧之前所累积的头部平均正方向，hf_p指的是头部正方向在世界坐标系中xz平面上的投影，n指所统计的是n帧的头部平均正方向；

其中：指此帧之前所累积的双手连线的垂直平分线正方向，lhp及rhp分别指左手与右手在本帧中的位置，(lhp-rhp)_p指的是双手之间的连线在世界坐标系中xz平面上的投影，n指所统计的是n帧的平均正方向，up指的是世界坐标系中向上的方向，即方向(0，0，1)；

3.2)进一步计算两手连线与身体正方向的夹角a_cross以及两手连线与头部所在垂直平面的夹角a_linear，具体为：其中：hp代表本帧中头部的位置，lhp及rhp分别表示本帧中左手及右手的位置，下标p代表对该向量求在世界坐标系中xz平面上的投影；

3.3)根据a_cross与a_linear以及和确定当前人体正方向。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征是，所述的步骤3.3，具体包括：

3.3.1)当a_cross接近90°或者a_linear接近0°时，则本帧中身体的正方向

3.3.2)当与之间的差别不大，则本帧中身体的正方向否则

3.3.3)当在近几帧中，头部处于非稳定的状态，但双手处于稳定状态，则头部的平均正方向将不再可靠，经观察发现，在这种情况下，多数是用户处于静止状态下四处张望，因此，此时不随意更改身体的正方向，即本帧中身体的正方向等于上一帧中身体的正方向，bf_c＝bf_l；

3.3.4)当在近几帧中，头部即双手均处于非稳定的状态，则没有稳定的输入来判断人体的正方向，此时，仍继续保持之前的人体正方向，即本帧中身体的正方向等于上一帧中身体的正方向，bf_c＝bf_l。

5.根据权利要求3或4所述的方法，其特征是，对当前人体正方向bf_a进行线性插值，以保证人体的正方向不会因为不稳定的输入信号而产生突变的情况，即bf_a＝bf_l*(1-f)+bf_c*f，其中：f是混合参数。