面向大眾體育運動示教的三維人體動作捕捉與分析.pdf

1、隨著現(xiàn)代生活節(jié)奏的不斷加快,人們將更多時間分配到工作上,而忽視了體育鍛煉的重要性,這無形中導(dǎo)致了身體素質(zhì)的下降。解決這個問題的最好辦法是開發(fā)一套易于安裝、價格低廉的運動示教系統(tǒng),這樣人們就可以在工作之余更好地得到運動指導(dǎo),這樣一套系統(tǒng)的開發(fā)將對大眾身體素質(zhì)的提高具有重要意義。
　　一套完整的大眾體育運動示教系統(tǒng)涉及三維人體動作捕捉、三維人體動作重建及三維人體動作分析等多個方面。通過廣泛的商業(yè)化產(chǎn)品調(diào)研和文獻(xiàn)總結(jié),雖然市場上已有一些

2、高端的針對專業(yè)運動員訓(xùn)練的運動捕捉與分析系統(tǒng),但由于這些系統(tǒng)價格極其昂貴,無法直接推廣應(yīng)用于人數(shù)眾多的普通民眾的運動示教。目前面向大眾體育運動示教系統(tǒng)仍處于實驗研究階段,且存在如下兩個問題:1)在運動重建過程中的人體模型比較粗糙且體型單一,而面向大眾的運動示教系統(tǒng)更青睞于逼真的、個性化的人體模型;2)現(xiàn)有的研究主要側(cè)重運動捕捉和重建,對運動效果及運動中存在的問題缺乏有效的分析。本文針對現(xiàn)有研究存在的問題開展了以下幾個方面的研究工作。

3、r>　　首先,在三維動作捕捉方面,為了降低系統(tǒng)成本,選用了Microsoft Kinect這種價格低廉、捕捉精度適中的體感設(shè)備作為運動捕捉設(shè)備;為了快速有效地追蹤和記錄人體的三維運動,采用了一種渲染管線方法。該方法首先通過決策樹算法將深度數(shù)據(jù)與已標(biāo)記的數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配,給出一個推斷的人體分割區(qū)域,然后從頂層、前側(cè)和左側(cè)計算被推斷出的關(guān)節(jié)點的三維視圖,最后基于推斷的關(guān)節(jié)點和3D視圖開始跟蹤人體的骨骼和身體的運動。
　　其次,在三維動作重

4、建方面,為了使重建效果更逼真且便于視覺比對,本課題選用人體模型生成軟件MakeHuman來構(gòu)造逼真的個性化人體模型;為了有效地抑制動作的抖動同時考慮便于編寫相關(guān)插件兼容MakeHuman生成的人體模型,本課題提出Kinect SDK與圖形渲染引擎OGRE結(jié)合的實時虛擬人運動重建方法,測試結(jié)果表明,虛擬人的逼真度高且動作流暢,非常適合動作視覺比對。
　　最后,為了有效解決兩個不等長動作時間序列之間的匹配問題,本課題提出采用動態(tài)時間規(guī)