專利名稱：一種數(shù)據(jù)驅(qū)動和稀疏表達(dá)的三維人體運(yùn)動去噪方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及三維圖形學(xué)和虛擬現(xiàn)實(shí)領(lǐng)域，尤其涉及一種數(shù)據(jù)驅(qū)動的人體運(yùn)動數(shù)據(jù)去噪方法。
背景技術(shù)：
人體運(yùn) 動捕獲技術(shù)已被廣泛應(yīng)用到動畫制作，電影特效，計算機(jī)游戲等娛樂領(lǐng)域，帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益，所有的這些應(yīng)用都依賴于高精度的人體運(yùn)動數(shù)據(jù)。然而，即使是目前非常昂貴的商用人體運(yùn)動捕獲設(shè)備，由于受到標(biāo)記點(diǎn)之間的相互遮擋、誤標(biāo)記等原因，常常會出現(xiàn)運(yùn)動數(shù)據(jù)包含噪聲和離值點(diǎn)的現(xiàn)象，而導(dǎo)致需要事先對這些運(yùn)動數(shù)據(jù)進(jìn)行去噪處理。最早的去噪方法是基于人工的檢測和手工糾正，需要專業(yè)的動畫師，逐幀查看運(yùn)動數(shù)據(jù)是否包含噪聲并利用鼠標(biāo)拖曳將捕獲異常的點(diǎn)糾正回來，在如今需要海量數(shù)據(jù)處理的應(yīng)用前提下，這是非常費(fèi)時和消耗人工成本的。后來，基于高斯或者卡爾曼濾波器的自動去噪技術(shù)被提出來，但是，這些濾波器只適用于運(yùn)動數(shù)據(jù)各個獨(dú)立維度而忽略了人體運(yùn)動數(shù)據(jù)維度之間的相關(guān)性，導(dǎo)致去噪后的結(jié)果看起來并不自然。然而，這些精心處理后的數(shù)據(jù)，不具有可重用性，往往只適用于某個特定的應(yīng)用環(huán)境，然后就被廢置。近年來，基于數(shù)據(jù)驅(qū)動的去噪方法逐漸興起，這些方法利用已捕獲的純凈的運(yùn)動數(shù)據(jù)作為數(shù)據(jù)庫支持，以當(dāng)前輸入的運(yùn)動作為查詢條件，查找與之類似的近鄰數(shù)據(jù)，利用這些近鄰數(shù)據(jù)進(jìn)行重構(gòu)，各個方法的差異主要體現(xiàn)在如何重構(gòu)上面。這種方法使得運(yùn)動數(shù)據(jù)可以重復(fù)利用，進(jìn)一步降低了工業(yè)成本和提高了運(yùn)動捕獲的性價比。然而，這種方法由于基于矩陣操作，把運(yùn)動數(shù)據(jù)各個維度看做一個整體，而忽略了不同肢體(左右手臂和腿部)之間不同的運(yùn)動特性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種數(shù)據(jù)驅(qū)動和稀疏表達(dá)的三維人體運(yùn)動去噪方法，既考慮到人體運(yùn)動數(shù)據(jù)各個維度之間的相關(guān)性，又避免把它們作為一個整體，而是依據(jù)不同的肢體部分得到更細(xì)粒度的表達(dá)結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的一種數(shù)據(jù)驅(qū)動和稀疏表達(dá)的三維人體運(yùn)動去噪方法，包括如下步驟
(O下載純凈人體運(yùn)動數(shù)據(jù)庫；
(2)使用運(yùn)動捕獲設(shè)備捕獲人體運(yùn)動數(shù)據(jù)使用Vicon運(yùn)動捕獲系統(tǒng)對貼于人體關(guān)節(jié)處的marker點(diǎn)的軌跡信息進(jìn)行捕捉；
(3)對步驟I和2獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理將步驟I中數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)和2中捕獲的輸入數(shù)據(jù)從BVH格式轉(zhuǎn)化為TRC格式，同時對每個姿態(tài)進(jìn)行平移、旋轉(zhuǎn)變換；平移變換主要是將運(yùn)動數(shù)據(jù)的位于臀部的root節(jié)點(diǎn)移動到全局坐標(biāo)系的原點(diǎn)去，而旋轉(zhuǎn)變換是將身體軀干所在的平面(由身體上貼的marker點(diǎn)所擬合出來的平面)的法向量與全局坐標(biāo)系中的X坐標(biāo)對齊，保證所有處理后的姿態(tài)具有相同的位置和朝向；記下變換矩陣
Mmiws,其反變換為；
(4)將人體姿態(tài)劃分為5個子部分預(yù)處理后的運(yùn)動數(shù)據(jù)是一個d*T的二維矩陣，d是人體關(guān)節(jié)點(diǎn)數(shù)目乘以3，即一個表示所有關(guān)節(jié)點(diǎn)在x、y、z軸上的坐標(biāo)位置的向量，而T表示運(yùn)動數(shù)據(jù)的幀數(shù)；將該矩陣劃分為包含軀干(包含頭部)、左手臂、右手臂、左腿和右腿數(shù)據(jù) 的五個子矩陣，每個子矩陣只包含所屬關(guān)節(jié)點(diǎn)的信息，對于每個子部分，利用一個寬度為M
幀的滑動窗口,M為自然數(shù)，順序地在運(yùn)動序列上掃描得到每個子部分的運(yùn)動片段，將運(yùn)動
片段拉成一列向量，作為一個處理基元Ii, =Γ5 ；
(5)在數(shù)據(jù)庫中查找與輸入運(yùn)動片段相近的片段對于一個子部分的有M幀的輸入運(yùn)動片段拉成的處理基元Ii,遍歷數(shù)據(jù)庫中每一個運(yùn)動片段，計算輸入運(yùn)動片段與數(shù)據(jù)庫中每一個運(yùn)動片段之間的相似度，相似度的計算方法為幀與幀之間歐氏距離的平均值；從中提取相似度最大的1200個運(yùn)動片段作為重構(gòu)基元，將重構(gòu)基元的每個片段矩陣?yán)粋€列
向量并拼接成矩陣即為重構(gòu)字典；
(6)對受到噪聲干擾的運(yùn)動片段進(jìn)行基于近鄰片段的線性回歸對輸入運(yùn)動片段拉成列向量以后的處理基元Fi和與之對應(yīng)的重構(gòu)字典Di,可以利用稀疏表達(dá)的框架，計算重構(gòu)
字典中的重構(gòu)基元關(guān)于1的重構(gòu)系數(shù)Wi ,對于包含高斯噪聲的運(yùn)動數(shù)據(jù)，利用!I-k求解
稀疏表達(dá)公式
權(quán)利要求
1. 一種數(shù)據(jù)驅(qū)動和稀疏表達(dá)的三維人體運(yùn)動去噪方法，其特征在于，包括如下步驟 (1)下載純凈人體運(yùn)動數(shù)據(jù)庫； (2)使用運(yùn)動捕獲設(shè)備捕獲人體運(yùn)動數(shù)據(jù)使用Vicon運(yùn)動捕獲系統(tǒng)對貼于人體關(guān)節(jié)處的marker點(diǎn)的軌跡信息進(jìn)行捕捉； (3)對步驟I和2獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理將步驟I中數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)和2中捕獲的輸入數(shù)據(jù)從BVH格式轉(zhuǎn)化為TRC格式，同時對每個姿態(tài)進(jìn)行平移、旋轉(zhuǎn)變換；平移變換主要是將運(yùn)動數(shù)據(jù)的位于臀部的root節(jié)點(diǎn)移動到全局坐標(biāo)系的原點(diǎn)去，而旋轉(zhuǎn)變換是將身體軀干所在的平面(由身體上貼的marker點(diǎn)所擬合出來的平面)的法向量與全局坐標(biāo)系中的X坐標(biāo)對齊，保證所有處理后的姿態(tài)具有相同的位置和朝向；記下變換矩陣 ，其反變換為麗； (4)將人體姿態(tài)劃分為5個子部分預(yù)處理后的運(yùn)動數(shù)據(jù)是一個d*T的二維矩陣，d是人體關(guān)節(jié)點(diǎn)數(shù)目乘以3，即一個表示所有關(guān)節(jié)點(diǎn)在x、y、z軸上的坐標(biāo)位置的向量，而T表示運(yùn)動數(shù)據(jù)的幀數(shù)；將該矩陣劃分為包含軀干(包含頭部)、左手臂、右手臂、左腿和右腿數(shù)據(jù)的五個子矩陣，每個子矩陣只包含所屬關(guān)節(jié)點(diǎn)的信息，對于每個子部分，利用一個寬度為M幀的滑動窗口，M為自然數(shù)，順序地在運(yùn)動序列上掃描得到每個子部分的運(yùn)動片段，將運(yùn)動片段拉成一列向量，作為一個處理基元
全文摘要
本發(fā)明公開了一種數(shù)據(jù)驅(qū)動和稀疏表達(dá)的三維人體運(yùn)動去噪方法，該方法通過對人體運(yùn)動姿態(tài)進(jìn)行劃分，并利用滑動窗口獲得各個部分的時序片段，進(jìn)而得到更加細(xì)粒度的人體運(yùn)動時空語意特征。在包含有純凈的已知三維姿態(tài)的運(yùn)動數(shù)據(jù)庫中，查找與當(dāng)前受到噪聲干擾片段最接近的個檢索結(jié)果，利用這個候選運(yùn)動片段，通過稀疏表達(dá)的優(yōu)化框架對運(yùn)動進(jìn)行恢復(fù)重建。針對人體運(yùn)動中最為常見的高斯噪聲和奇異值點(diǎn)噪聲獲得了很好的去噪效果。
文檔編號G06T5/00GK102930516SQ20121046276
公開日2013年2月13日 申請日期2012年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月16日
發(fā)明者肖俊, 林海, 馮銀付 申請人:浙江大學(xué)