[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

说明书

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，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。

技术领域

本发明涉及的是一种虚拟现实领域的技术，具体是一种仅根据用户双手及头部的位置和姿态采用反向动力学及动画混合的方式，分别对用户的上半身及下半身在虚拟现实中进行实时身体姿态重建的一种技术。

背景技术

随着硬件规格的不断提高，虚拟现实技术又一次变得火热起来，并被业内人士逐渐看好。虽然目前设备的普及量无法让用户们感受到虚拟现实的魅力，但是相信当用户足够多且内容足够丰富时，虚拟现实会焕发出该有的魔力。

在各类的虚拟现实应用中，将人体重建入虚拟世界中的需求经常会被用到。比如，在多人虚拟现实中，每个用户都希望看到队友以一个人形出现在虚拟世界中，而非目前因受限于追踪设备而采用的一个悬浮的头和两只悬浮的手，这对于追求沉浸感的虚拟现实领域来说是需要进步的地方。因此，如何根据少量低维度的传感器信息来尽可能的准确实时重建人体动作成为了业界一个新的研究点。

在虚拟现实火爆之前，对于基于少量传感器的人体姿态重建算法就已经有很多的相关研究工作，其中：比较流行的方案就是基于大数据驱动的方式，根据实时给定的传感器姿态数据来搜索匹配在姿态数据库中已有的人体姿态，再根据能量函数来使搜索结果，实际输入和动作相关性之间达到一个最优的权衡条件，最终将重建的姿态呈现出来。

发明内容

本发明针对现有技术中重建结果很大程度上依赖于数据库中的运动数据数量，无法合成或运动数据库中不存在的姿态等缺陷，提出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，只需要实时提供双手的位置和姿态以及头部的位置和姿态，上下半身分别采用反向动力学及动画混合的方式进行实时重建。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明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。

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。

本发明具体包括以下步骤：

步骤一，用户手持虚拟现实控制器，头戴头戴显示器，摆出标准校正姿势(T pose)以标定人体相关参数h_s及w_s，从而适应不同身高臂长的人来使用该重建方案。

所述的标准校正姿势是指：直立、两臂侧平举、头部向正前方。

所述的人体相关参数其中：p_h指头部位置，h_m指需要映射到虚拟场景中的人物模型高度，p_r指右手位置，p_l指左手位置，w_m指需要映射到虚拟场景中的人物模型臂展。

步骤二，通过传感器记录采集到的数据，并实时统计辅助参量。