一种人体运动数据文件压缩方法技术

本发明专利技术涉及一种人体运动数据文件压缩方法，包括以下步骤：(1)提取人体运动数据文件中每个节点的旋转角；(2)将旋转角表示成角度值或弧度值；(3)将角度值或弧度值拆分为符号、整数部分、小数部分；(4)根据整数部分最大可能取值确定整数位数X；(5)根据系统允许的最大误差确定小数部分二进制位数Y；(6)对每个角度值或弧度值进行压缩，将每个角度值或弧度值的符号用1位二进制位表示，整数部分转换成X位二进制位，小数部分转换成Y位二进制位；(7)将压缩后的数据以二进制形式持久化到存储设备或进行网络传输。本发明专利技术针对人体运动数据文件的数据特点对数据进行压缩，极大地减少了数据存储空间，提高了存储效率。

A Compression Method for Human Motion Data Files

【技术实现步骤摘要】
一种人体运动数据文件压缩方法
本专利技术涉及一种文件压缩方法，特别涉及一种人体运动数据文件压缩方法。
技术介绍
随着信息技术的高速发展，人们对使用数据驱动的动画技术、仿真技术进行了广泛的探索与研究。这些技术主要是通过穿戴运动捕捉设备来实现人体运动数据的实时数据采集，同时使用相对比较成熟的运动重构技术对采集的人体运动数据进行三维重现。人体运动数据记录了每一时刻人体骨骼及其关节的位置信息或旋转信息。人体骨骼通常包含很多关节，每个关节都包含有不同的运动属性，且每一个运动属性可能由多维向量来表示，如三元组欧拉角或四元数，则毎一个简化的人体姿态就会包含几十个数据，而人体运动数据的采集频率至少为每秒钟几十次。很多情况下人体运动数据采集还会面临规模较大、时间较长的问题，使得采集数据规模进一步增加。如何对这些人体运动数据进行数据压缩以及高效存储成为一个亟待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术的不足，提供一种人体运动数据文件压缩方法，实现人体运动数据的高效存储。为达到上述目的，本专利技术提供了一种人体运动数据文件压缩方法，包括以下步骤：(1)提取人体运动数据文件中每个节点的旋转角；(2)将旋转角表示成角度值或弧度值；(3)将角度值或弧度值拆分为符号、整数部分、小数部分；(4)将整数部分最大可能取值转换成二进制整数，位数为X位；(5)根据系统允许的最大误差，确定小数部分二进制位数Y；(6)对每个角度值或弧度值进行压缩，具体方法为：将每个角度值或弧度值的符号用1位二进制位表示，整数部分转换成二进制整数并用X位二进制位表示，小数部分转换成二进制小数并用Y位二进制位表示；(7)将压缩后的数据以二进制形式持久化到存储设备或进行网络传输。优选地，所述人体运动数据文件压缩方法使用角度值，包括以下步骤：(1)提取人体运动数据文件中每个节点的旋转角，表示成角度值形式，将其拆分为符号、整数部分、小数部分；(2)将符号用1位二进制位表示，整数部分转换成二进制整数并用8位二进制位表示，小数部分转换成二进制小数并用5位或6位二进制位表示，这样每个节点的旋转角就压缩为14位或15位的二进制位；(3)将压缩后的数据以二进制形式持久化到存储设备或进行网络传输。优选地，所述人体运动数据文件压缩方法使用弧度值，包括以下步骤：(1)提取人体运动数据文件中每个节点的旋转角，将角度值转换为弧度值，并将弧度值拆分为符号、整数部分、小数部分；(2)将符号用1位二进制位表示，整数部分转换成二进制整数并用2位二进制位表示，小数部分转换成二进制小数并用11位二进制位表示，这样每个节点的旋转角就压缩为14位的二进制位；(3)将压缩后的数据以二进制形式持久化到存储设备或进行网络传输。有益效果本专利技术提出的人体运动数据文件压缩方法，针对人体运动数据文件的数据特点对数据进行压缩，极大地减少了数据存储空间，提高了存储效率。附图说明图1为本专利技术所述方法的流程图；图2为BVH文件头的文件结构；图3为BVH文件数据段的文件结构。具体实施方式下面结合附图，具体说明本专利技术的优选实施方式。传统的惯性运动捕捉设备采集人体运动数据时，通常会将原始运动数据存储为BVH文件，其遵循的思想为基于父子节点关系的数据转换。由于BVH文件存在父子节点关系，因此文件通常可划分为两个部分，其一为存储人体骨骼层次结构的文件头，如图2所示，通常以HIERARCHY为文件起始标识、以ROOT为人体骨骼层次结构的起始点的标识，能够清晰的把人体骨骼层次结构所存在的内部联系通过简洁的形式呈现出来，也能够把人体骨骼节点所需要使用的数据种类及数据范围给标定好；其二为存储具体运动数据的数据段，如图3所示，通常以MOTION为数据段的起始标识、以Frames为包含多少运动序列的长度标识，能够将特有的人体骨骼层次结构与具体运动数据区分开来。从图2和图3的示例中可知，该人体骨骼层次以Hips作为根节点，根节点需要使用的数据包含六个维度的信息，分别为世界坐标系下根节点的位移信息以及局部坐标系下旋转角信息。图3中的数据(-195.76，92.90，76.64)是根节点起始帧的位移信息，而数据(6.83，-1.04，91.45)是根节点起始帧的旋转角信息。除根节点数据以外，任意骨骼节点的数据都只由三个旋转角数据构成，具体为俯仰角、翻滚角、航偏角数据。文件在存储的时候可以采取文本方式或者二进制方式。在人体运动数据采集过程中，通常需要存储的旋转角数据范围被限制在[-180,180]之间。假设BVH文件的存储精度为小数点后两位，如果使用文本方式存储，则存储一个旋转角信息所需要占用的空间大小至少为4字节，至多为7字节，如0.42和-180.00分别占据了4字节大小的硬盘空间及7字节大小的硬盘空间。同时为了能够非常方便的取得下一个旋转角的信息，通常还需要1字节大小的空格作为分隔符。因此，如果使用文本方式存储BVH文件，那么在一帧数据中存储一个骨骼节点的旋转角信息至少需要15字节的硬盘空间，至多需要24字节的硬盘空间。这还只是存储精度为小数点后两位的情况，如果精度更高，会相应占用更多存储空间。比较而言，二进制方式更适合用于BVH文件的存储。如果采用二进制方式，每个旋转角信息可以存储为一个单精度浮点数。以被众多CPU处理器及浮点数运算器所采用的IEEE754标准为例，一个单精度浮点数占用4个字节的存储空间，如表1所示：表1单精度浮点数存储结构采用二进制方式，每个旋转角使用4个字节存储，在一帧数据中存储一个骨骼节点的旋转角信息只需要12字节的存储空间，比起文本方式可以提高存储效率，同时比起文本方式也可以获得更高的精度。由于人体运动数据采集数据规模很大，在需要对采集的动作进行监督时还需要将数据文件在网络上进行传输，对每个旋转角使用4个字节进行存储，仍然不能满足对存储空间和传输速度的需求。因此本专利技术根据人体运动数据文件的数据特点，提出了一种人体运动数据文件压缩方法，包括以下步骤：(1)提取人体运动数据文件中每个节点的旋转角；(2)将旋转角表示成角度值或弧度值；(3)将角度值或弧度值拆分为符号、整数部分、小数部分；(4)将整数部分最大可能取值转换成二进制整数，位数为X位；(5)根据系统允许的最大误差，确定小数部分二进制位数Y；(6)对每个角度值或弧度值进行压缩，具体方法为：将每个角度值或弧度值的符号用1位二进制位表示，整数部分转换成二进制整数并用X位二进制位表示，小数部分转换成二进制小数并用Y位二进制位表示；(7)将压缩后的数据以二进制形式持久化到存储设备或进行网络传输。下面分别以角度值和弧度值为例，具体说明本专利技术的优选实施方式。实施例1为以角度值形式实现的数据文件压缩方法。在BVH文件中，根节点数据包含三个位移数据和三个旋转角数据，除根节点数据以外，任意骨骼节点的数据都只由三个旋转角数据构成。因此，首先提取人体运动数据文件中每个节点的旋转角。在人体运动数据采集过程中，通常需要存储的旋转角数据范围被限制在[-180,180]之间。由于本实施例采取角度值形式，所以不需要对旋转角数据进行转换，可以直接将角度值拆分为符号、整数部分和小数部分。抛开符号位来看，每个旋转角的整数部分的取值范围都处于[0,180]之间，那么8位的二进制数据足以完整表达。再本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种人体运动数据文件压缩方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)提取人体运动数据文件中每个节点的旋转角；(2)将旋转角表示成角度值或弧度值；(3)将角度值或弧度值拆分为符号、整数部分、小数部分；(4)将整数部分最大可能取值转换成二进制整数，位数为X位；(5)根据系统允许的最大误差，确定小数部分二进制位数Y；(6)对每个角度值或弧度值进行压缩，具体方法为：将每个角度值或弧度值的符号用1位二进制位表示，整数部分转换成二进制整数并用X位二进制位表示，小数部分转换成二进制小数并用Y位二进制位表示；(7)将压缩后的数据以二进制形式持久化到存储设备或进行网络传输。

【技术特征摘要】
1.一种人体运动数据文件压缩方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)提取人体运动数据文件中每个节点的旋转角；(2)将旋转角表示成角度值或弧度值；(3)将角度值或弧度值拆分为符号、整数部分、小数部分；(4)将整数部分最大可能取值转换成二进制整数，位数为X位；(5)根据系统允许的最大误差，确定小数部分二进制位数Y；(6)对每个角度值或弧度值进行压缩，具体方法为：将每个角度值或弧度值的符号用1位二进制位表示，整数部分转换成二进制整数并用X位二进制位表示，小数部分转换成二进制小数并用Y位二进制位表示；(7)将压缩后的数据以二进制形式持久化到存储设备或进行网络传输。2.根据权利要求1所述的一种人体运动数据文件压缩方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)提取人体运动数据文件中每个节点的旋转角，表示成角度值形式，将...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄天羽，曾贲，吴爽，李祥晨，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京,11