手部模型生成方法、装置、终端设备及手部动作捕捉方法制造方法及图纸

本申请公开了一种手部模型生成方法、装置、终端设备及手部动作捕捉方法系统，其中，该手部模型生成方法包括：建立三维坐标系，将预设的手部模型投影到所述三维坐标系中第一轴、第二轴构成的平面上，得到初始手部模型；将当前用户手掌所在平面与所述三维坐标系中第一轴、第二轴构成的平面重合，且所述用户所有手指初始朝向第一轴；根据接收到的当前用户的手部动作数据以及所述初始手部模型，计算当前用户的掌骨展开幅度、手指指节长度，生成中间手部模型；确定所述中间手部模型每根手指指节的指节旋转中心；根据所述掌骨展开幅度、手指指节长度以及每根手指指节的指节旋转中心，生成最终手部模型。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】手部模型生成方法、装置、终端设备及手部动作捕捉方法
本专利技术涉及动作捕捉技术，具体涉及一种手部模型生成方法、装置、终端设备及手部动作捕捉方法。
技术介绍
动作捕捉技术(Motioncapture，简称Mocap)是指在运动物体的关键部位设置跟踪器，由动捕系统捕捉跟踪器位置，再经过计算机处理后得到三维空间坐标的数据。当三维空间坐标数据被计算机识别后，可以应用在动画制作、步态分析、生物力学、人机工程等领域。特别是在电影特效领域，将多个摄影机捕捉到的真人影像换为数字模型，捕捉并记录演员表演时的动作，然后把这些动作同步到电脑中的虚拟角色上，使虚拟角色的动作和真人毫无差别，以达到逼真、自然的效果。根据不用的应用类型，关注的用户身体部位也有差别，相应地跟踪器的设置位置也不同。若某应用需要关注人体手部的动作，则需要捕捉人体手部的动作，例如，手指弹钢琴的应用，操作飞机驾驶舱的应用。因此，如何设计一种能够精准捕捉手部动作的算法成为非常重要的一个研发课题。当前技术中，在进行手部定位跟踪时，用户需要戴上配置有反光标记点的手套在相机捕捉范围内运动。相本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.手部模型生成方法,其特征在于，包括：/n建立三维坐标系，将预设的手部模型投影到所述三维坐标系中第一轴、第二轴构成的平面上，得到初始手部模型；/n将当前用户手掌所在平面与所述三维坐标系中第一轴、第二轴构成的平面重合，且所述用户所有手指初始朝向第一轴；/n根据接收到的当前用户的手部动作数据以及所述初始手部模型，计算当前用户的掌骨展开幅度、手指指节长度，生成中间手部模型；所述掌骨展开幅度为手指第一指节相对于所述三维坐标系第三轴的展开幅度；所述手部动作数据是动作捕捉相机拍摄佩戴动作捕捉手套的用户手部运动之后得到的；/n确定所述中间手部模型每根手指指节的指节旋转中心；/n根据所述掌骨展开幅度、手指指...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.手部模型生成方法,其特征在于，包括：
建立三维坐标系，将预设的手部模型投影到所述三维坐标系中第一轴、第二轴构成的平面上，得到初始手部模型；
将当前用户手掌所在平面与所述三维坐标系中第一轴、第二轴构成的平面重合，且所述用户所有手指初始朝向第一轴；
根据接收到的当前用户的手部动作数据以及所述初始手部模型，计算当前用户的掌骨展开幅度、手指指节长度，生成中间手部模型；所述掌骨展开幅度为手指第一指节相对于所述三维坐标系第三轴的展开幅度；所述手部动作数据是动作捕捉相机拍摄佩戴动作捕捉手套的用户手部运动之后得到的；
确定所述中间手部模型每根手指指节的指节旋转中心；
根据所述掌骨展开幅度、手指指节长度以及每根手指指节的指节旋转中心，生成最终手部模型。


2.如权利要求1所述的手部模型生成方法，其特征在于，当前用户每根手指指节包括：第一指节和其它指节，所述其它指节包括：第二指节、第三指节、第四指节；所述根据接收的当前用户的手部动作数据以及预设的初始手部模型，计算当前用户的掌骨展开幅度、手指指节长度，包括：
根据接收的当前用户的手部动作数据，获取当前用户配戴的所述动作捕捉手套上每个真实反光标记点在所述三维坐标系中的位置信息；
根据所述动作捕捉手套背部刚体上的真实反光标记点和各手指第二指节上真实反光标记点的位置信息确定每根手指第一指节的指节长度；
根据每根手指其余指节上的真实反光标记点的位置信息和所述初始手部模型，计算每根手指每一其它指节对应的指节长度和当前用户的掌骨展开幅度。


3.如权利要求2所述的手部模型生成方法，其特征在于，所述根据每根手指其余指节上的真实反光标记点的位置信息和所述初始手部模型，计算每根手指每一其它指节的对应指节长度和当前用户的掌骨展开幅度，包括：
创建与每根手指每一其它指节上真实反光标记点对应的虚拟标记点，以及根据所述初始手部模型，确定每一所述虚拟标记点的第一位置表达；
根据每根手指其它指节上真实反光标记点的位置信息以及与其它指节上所述真实反光标记点对应的虚拟标记点的第一位置表达，构建第一代价函数，以计算所有手指其它指节上所述真实反光标记点与其对应的虚拟标记点的第一欧式距离平方之和；
利用最小二乘法最小化所述第一代价函数，以获得当前用户掌骨展开幅度的最优解，以及获得当前用户每根手指其它指节长度的最优解。


4.如权利要求3所述的手部模型生成方法，其特征在于，所述构建第一代价函数，以计算所有手指上所述真实反光标记点与其对应的虚拟标记点的第一欧式距离平方之和，包括：
根据所述根据真实反光标记点的位置信息、所述虚拟标记点的第一位置表达，确定每根手指其他指节上每一所述真实反光标记点与其对应的虚拟标记点pi,j之间的欧式距离Di,j＝||loci,j-reali,j||；其中，pi,j表示第i根手指第j指节上的虚拟标记点，loci,j为虚拟标记点pi,j的位置表达，reali,j为虚拟标记点pi,j对应的真实反光标记点的位置表达；i,j为整数且1≤i≤5，2≤j≤4；
根据所述真实反光标记点以及与所述真实反光标记点对应的虚拟标记点pi,j之间的欧式距离构建每根手指的第一代价函数f1(Xi)为第i根手指的第一代价函数；Xi为第i根手指的优化参数；
将所有手指的第一代价函数的代价值之和作为所述第一欧式距离平方之和

X为所有手指的优化参数，包括：当前用户所有手指的掌骨展开幅度，以及所有手指其他指节的指节长度。


5.如权利要求4所述的手部模型生成方法，其特征在于，所述根据所述真实反光标记点与其对应的虚拟标记点之间的欧式距离构建每根手指的所述第一代价函数时，具体包括：
为每根手指的第二指节、第三指节、第四指节设置不同的代价权重，得到更新后的第一代价函数wi,j为第i根手指第j指节对应的第一代价函数的权重。


6.如权利要求4所述的手部模型生成方法，其特征在于，所述利用最小二乘法最小化所述第一代价函数，包括：
利用最小二乘法分别最小化每根手指的所述第一代价函数,即


7.如权利要求4所述的手部模型生成方法，其特征在于，所述利用最小二乘法最小化所述第一代价函数，包括：
设置初始手部模型每一虚拟标记点所在指节的指节长度与每一虚拟标记点在第一轴上相对于所述指节末端的偏移幅度之间的比例；
根据所述比例利用最小二乘法最小化所述第一代价函数。


8.如权利要求3所述的手部模型生成方法，其特征在于，所述根据所述初始手部模型，确定所述虚拟标记点的第一位置表达，包括：
获取初始手部模型每根手指每一其它指节对应的末端指节位置；
根据每一所述虚拟标记点在所述第一轴上的偏移幅度、每一所述虚拟标记点在所述第三轴上的偏移幅度、以及每根手指每一其它指节的末端指节位置，确定每根手指其它指节上每一所述虚拟标记点的第一位置表达，即虚拟标记点pi,j的第一位置表达具体为：
loci,j＝ai,ju1+bi,ju2+BCi,j；

虚拟标记点pi,j位于非末端指节；
bi,j＝0虚拟标记点pi,j位于末端指节；
其中，pi,j表示第i根手指第j指节上的虚拟标记点；loci,j表示虚拟标记点pi,j的位置表达，u1表示第三轴上的单位向量，ai,j表示虚拟标记点pi,j在第三轴上的偏移幅度，u2表示第一轴上的单位向量，bi,j表示虚拟标记点pi,j在第一轴上的偏移幅度。BCi,j表示虚拟标记点pi,j所在指节的末端指节位置，BLi,j表示虚拟标记点pi,j所在指节的指节长度；i,j为整数且1≤i≤5，2≤j≤4。


9.如权利要求3所述的手部模型生成方法，其特征在于，所述根据所述初始手部模型，确定所述虚拟标记点的第一位置表达，包括：
根据所述所述初始手部模型，获取每根手指其它指节的末端指节位置；
获取需要进行轴角优化的所述虚拟标记点的信息；
根据所述虚拟标记点在所述第一轴上的偏移幅度、所述虚拟标记点在所述第三轴上的偏移幅度，每根手指每...

【专利技术属性】
技术研发人员：杭建伟，赵晓琴，许秋子，
申请(专利权)人：深圳市瑞立视多媒体科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44