用于使建模的身体的骨架采取姿势的计算机实现的方法技术

一种用于使建模的人类或动物身体的骨架采取姿势的计算机实现的方法，包括以下步骤：a)提供第一骨架(SK1)和第二骨架(SK2)，每个骨架包含通过骨骼连接的旋转关节(A，A1，A2，A3，B，E，F)，第二骨架的每个旋转关节(E，F)与第一骨架的相应关节(A，B)相关联；b)确定第二骨架的相对配置，将第一骨架的与第二骨架的关节相关联的每个关节映射到第二骨架的所述关节；c)使第一骨架采取由针对第一骨架的每个关节的旋转状态定义的姿势；以及d)计算针对第二骨架的关节的变换矩阵，使得其相对配置的变化被最小化；其中，所述第二骨架在其骨骼中的至少一个骨骼上还包括棱柱形关节(G)，步骤d)包括确定旋转关节的旋转和第二骨架的棱柱形关节或多个棱柱形关节的平移，使得其相对配置的变化被最小化。

【技术实现步骤摘要】
用于使建模的身体的骨架采取姿势的计算机实现的方法
本专利技术涉及用于使建模的人类或动物身体的骨架采取姿势的计算机实现的方法。更精确地，本专利技术涉及用于将第一(“源”)骨架采取的姿态转移或“重定向”到另一(“目标”)骨架的方法。本专利技术涉及计算机图形学领域，并且适用于多种应用，例如，计算机辅助设计(CAD)、人体工程学、视频游戏等。
技术介绍
作为CAD系统的一部分，数字人类模型(DHM)被广泛用于设计评估，并且在设计的早期阶段纳入人类因素。DHM通常包含被“皮肤”覆盖的“骨架”，即使在某些情况下它可能仅由骨架组成。骨架由称为“骨骼”的部分的集合构成，即使骨骼不一定与实际的解剖骨骼相对应，而是通过具有一个、两个或三个旋转自由度的旋转关节来铰接(articulate)。此类模型(也称为“化身”)通常以标准姿势提供，例如，人体模型的所谓“T型姿态”(部分张开的双腿，水平伸展的手臂)。参见例如[Abdel-Malek2006]。为了使化身采取与原始化身不同的特定姿势，确定关节的旋转的集合是必要的，该旋转的集合铰接其骨架的骨骼从而获得期望的结果。从理论上讲，这对应于逆运动学(IK)问题。存在用于解决该问题的几种算法。尽管DHM应用已有悠久的历史，但缺乏适当的标准化导致了各种特定于应用的模型，这些模型以不同的准确度来模拟人类姿势和运动。然后，具有不同功能和性能的几种DHM可以在市场上买到；一些强调人体测量学和链接结构的准确度，而另一些则擅长姿势/运动建模和生物力学，并且另一些着重于行为和认知方面。多个骨架定义的共存是有害的，因为这导致DHM的不同应用之间的非数字连续性。
技术实现思路
本专利技术旨在克服现有技术的上述缺点。根据本专利技术的一方面，由于可以针对不同的应用优化不同的骨架，因此提供了具有两个或更多个骨架——可能与单个皮肤SN相关联——的DHM。例如，第一骨架可以是复杂且生物学上准确的骨架，例如用于执行人体工程学分析，然后DHM的第二骨架可能会更简单，从而在实时动画的复杂度和准确度之间取得更好的折衷。根据本专利技术的另一方面，姿势从一个骨架映射到另一个骨架，以便维持两个不同骨架之间的姿势同步。下文将其称为“重定向”。重定向本身是已知的，但是它通常应用于属于不同DHM的骨架。根据本专利技术的又一个目的，DHM的骨架中的至少一个骨架(旨在用作重定向操作的目标)在其骨骼中的一些或全部骨骼设置有棱柱形关节。设置有棱柱形关节的骨骼具有可变的长度。即使当目标骨架与源骨架相比具有少得多的旋转关节时，棱柱形关节提供的附加自由度也允许确保完美或接近完美的重定向。反过来，这允许重定向过程准确地且以低计算成本被完成。本专利技术不限于多骨架DHM的情况；例如，本专利技术可以用于将姿态从属于(或构成)第一DHM的第一骨架转移到属于(或构成)第二DHM的第二骨架。除非另有说明，否则上面提到的本专利技术的第一方面不是必需的。本专利技术甚至不限于数字人类模型：本专利技术适用于任何建模的人类或动物身体，其包括适于重定向到属于该模型或不属于该模型的另一个骨架的至少一个骨架。然后，允许实现该目标的本专利技术的目的是一种用于使建模的人类或动物身体的骨架采取姿势的计算机实现的方法，该方法包括以下步骤：a)提供至少一个数字身体模型的第一骨架和第二骨架，所述第一骨架和所述第二骨架中的每一个包括通过骨骼连接的多个旋转关节，第一骨架与第二骨架相比具有更多的旋转关节，第二骨架的每个旋转关节与第一骨架的相应关节相关联；b)确定第二骨架的相对配置(relativeconfiguration)，所述相对配置将第一骨架的与第二骨架的关节相关联的每个关节映射到第二骨架的所述关节；c)基于来自用户的一个或多个输入，使第一骨架采取由针对第一骨架的每个关节的旋转状态定义的姿势；以及d)计算针对第二骨架的关节的变换矩阵，使得其相对配置保持不变；其中，所述第二骨架在其骨骼中的至少一个骨骼上还包括棱柱形关节，步骤d)包括确定旋转关节的旋转和第二骨架的棱柱形关节或多个棱柱形关节的平移，使得其相对配置的变化被最小化。本专利技术的另一个目的是一种存储在非暂时性计算机可读数据存储介质上的计算机程序产品，包括用于使计算机系统执行这种方法的计算机可执行指令。本专利技术的又一个目的是一种非暂时性计算机可读数据存储介质，包含用于使计算机系统执行这种方法的计算机可执行指令。本专利技术的又一个目的是一种计算机系统，包括耦合到存储器和图形用户接口的处理器，该存储器存储用于使计算机系统执行这种方法的计算机可执行指令。本专利技术的另一个目的是一种数字身体模型，包括第一骨架和第二骨架，所述第一骨架和所述第二骨架中的每一个包括通过骨骼连接的多个旋转关节，第一骨架与第二骨架相比具有更多的旋转关节，第二骨架的每个旋转关节与第一骨架的相应关节相关联，其中，所述第二骨架在其骨骼中的至少一个骨骼上还包括棱柱形关节。附图说明根据以下描述，结合附图，本专利技术的附加特征和优点将变得显而易见，其中：-图1表示包括第一(“源”)骨架、第二(“目标”)骨架和皮肤的数字身体模型；-图2A-2C分别表示源骨架和目标骨架处于其初始(“零”)姿态，源骨架采取不同的姿态，以及目标骨架的“重定向”；-图3A-3F和图4示出了根据本专利技术的实施例的方法的不同步骤；-图5和图6是适合于执行根据本专利技术的不同实施例的方法的相应计算机系统的框图。具体实施方式图1表示具有与单个皮肤SN相关联的两个骨架SK1、SK2的示例性DHM。在该示例性实施例中，骨架SK1是复杂且生物学上准确的骨架，包括大量的旋转关节；这样的骨架是有用的，例如，用于执行人体工程学分析，但是对于实时动画应用而言过于复杂。骨架SK2简单得多(它包含更少的关节)，并且针对实时动画在复杂度和准确度之间取得了很好的折衷，但是对于人体工程学分析而言过于粗糙。人体建模艺术家参与了简单骨架SK2和相关皮肤的构建，以产生与SK2的不同姿势相对应的合理的皮肤变形。图2A-2C示出了SK1和SK2之间的重定向操作。图2A以其初始或“零”姿态示出了骨架SK1和SK2的与DHM的上身相对应的部分。SK2的旋转关节用圆圈突出显示。SK2的每个关节都精确地或至少近似地与SK1的对应关节重叠，但反之并非如此，考虑到SK1包含更多的关节。在图2B中，骨架SK1(充当“源”骨架)已经采取了不同的姿态，而SK2保持静止。可以看出，SK1的与SK2的关节相对应的关节(以矩形框突出显示)不再与后者重叠。图2C显示了重定向操作的结果：“目标”骨架SK2已经采取了与SK1的姿态匹配的新姿态；两个骨架的对应关节再次几乎重叠。姿势是由骨架的骨骼和关节所形成的链接结构的运动学结构的配置——即，数学表示——定义的。由于每个骨架都有其自己的拓扑来定义其运动学结构，因此重定向是复杂的问题，尤其是当要求将姿势从复杂的源骨架转移到简单的目标骨架时(上文考虑的情况，参考图本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于使建模的人类或动物身体的骨架采取姿势的计算机实现的方法，包括以下步骤：/na)提供至少一个数字身体模型的第一骨架(SK1)和第二骨架(SK2)，所述第一骨架和所述第二骨架中的每一个包括通过骨骼连接的多个旋转关节(A，A1，A2，A3，B，E，F)，所述第一骨架与所述第二骨架相比具有更多的旋转关节，所述第二骨架的每个旋转关节(E，F)与所述第一骨架的相应关节(A，B)相关联；/nb)确定所述第二骨架的相对配置，所述相对配置将所述第一骨架的与所述第二骨架的关节相关联的每个关节映射到所述第二骨架的所述关节；/nc)基于来自用户的一个或多个输入，使所述第一骨架采取由针对所述第一骨架的每个关节的旋转状态定义的姿势；以及/nd)计算针对所述第二骨架的关节的变换矩阵，使得其相对配置保持不变；/n其中，所述第二骨架在其骨骼中的至少一个骨骼上还包括棱柱形关节(G)，步骤d)包括确定所述旋转关节的旋转和所述第二骨架的棱柱形关节或多个棱柱形关节的平移，使得其相对配置保持不变。/n

【技术特征摘要】
20191021 EP 19306366.61.一种用于使建模的人类或动物身体的骨架采取姿势的计算机实现的方法，包括以下步骤：
a)提供至少一个数字身体模型的第一骨架(SK1)和第二骨架(SK2)，所述第一骨架和所述第二骨架中的每一个包括通过骨骼连接的多个旋转关节(A，A1，A2，A3，B，E，F)，所述第一骨架与所述第二骨架相比具有更多的旋转关节，所述第二骨架的每个旋转关节(E，F)与所述第一骨架的相应关节(A，B)相关联；
b)确定所述第二骨架的相对配置，所述相对配置将所述第一骨架的与所述第二骨架的关节相关联的每个关节映射到所述第二骨架的所述关节；
c)基于来自用户的一个或多个输入，使所述第一骨架采取由针对所述第一骨架的每个关节的旋转状态定义的姿势；以及
d)计算针对所述第二骨架的关节的变换矩阵，使得其相对配置保持不变；
其中，所述第二骨架在其骨骼中的至少一个骨骼上还包括棱柱形关节(G)，步骤d)包括确定所述旋转关节的旋转和所述第二骨架的棱柱形关节或多个棱柱形关节的平移，使得其相对配置保持不变。


2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第二骨架在其所有骨骼上包括棱柱形关节。


3.根据权利要求2所述的方法，其中，步骤d)包括确定所述旋转关节的旋转和所述第二骨架的棱柱形关节或多个棱柱形关节的平移，使得其相对配置保持不变。


4.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，步骤d)包括通过从根关节开始连续地考虑所述关节来计算针对所述第二骨架的每个关节的所述变换矩阵。


5.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，步骤a)包括使所述第一骨架和所述第二骨架采取相应的初始姿势...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·雷迪，P·陈，
申请(专利权)人：达索系统公司，
类型：发明
国别省市：法国;FR