基于深度與色彩雙重優(yōu)化的人體掃描重建及運(yùn)動(dòng)變形研究.pdf

1、三維人體模型的重建和運(yùn)動(dòng)變形技術(shù)在游戲人物設(shè)計(jì)、動(dòng)畫電影、服裝CAD等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。利用深度相機(jī)對(duì)人體進(jìn)行個(gè)性化的掃描重建是目前廣受歡迎的人體重建方法，但由于受到深度相機(jī)的精度影響，掃描重建的人體模型效果不佳，對(duì)人體模型的運(yùn)動(dòng)變形也產(chǎn)生影響。因此，研究人體掃描重建方法及運(yùn)動(dòng)變形技術(shù)對(duì)相關(guān)領(lǐng)域發(fā)展具有重大意義。
　　作為人體數(shù)據(jù)的掃描設(shè)備，深度相機(jī)同時(shí)提供了人體的深度數(shù)據(jù)和色彩數(shù)據(jù)。以重建一個(gè)帶有色彩的高質(zhì)量人體模型并對(duì)其進(jìn)行運(yùn)

2、動(dòng)變形為目標(biāo)，本文提出基于深度與色彩雙重優(yōu)化的人體掃描重建方法和基于數(shù)據(jù)簡(jiǎn)化與映射的人體運(yùn)動(dòng)變形方法。首先，利用單/多臺(tái)深度相機(jī)方法獲取人體不同方位的深度數(shù)據(jù)，針對(duì)深度相機(jī)的個(gè)數(shù)采取不同的人體幾何重建方法，并通過(guò)檢測(cè)-定位-切割-拼接進(jìn)行人體頭部的幾何優(yōu)化;然后，基于圖像本征分解的方法，交叉優(yōu)化人體的深度數(shù)據(jù)和色彩數(shù)據(jù)，進(jìn)而重建一個(gè)帶有色彩的高質(zhì)量人體模型;最后通過(guò)數(shù)據(jù)簡(jiǎn)化與映射的方法，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜人體模型的運(yùn)動(dòng)變形。
　　提出基于深

3、度相機(jī)的人體幾何重建及局部?jī)?yōu)化方法。針對(duì)深度相機(jī)的不同數(shù)目，基于單臺(tái)和多臺(tái)深度相機(jī)提出兩種人體幾何重建方案。對(duì)于單臺(tái)深度相機(jī)，依次采用“初配準(zhǔn)-剛性配準(zhǔn)-非剛性配準(zhǔn)”來(lái)解決多方位采集人體數(shù)據(jù)過(guò)程中人體微動(dòng)造成的深度數(shù)據(jù)配準(zhǔn)問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單設(shè)備條件下的人體幾何重建;對(duì)于多臺(tái)深度相機(jī)，利用球體擬合的數(shù)據(jù)配準(zhǔn)預(yù)先計(jì)算各相機(jī)之間的精準(zhǔn)相對(duì)位置，直接轉(zhuǎn)換各相機(jī)同時(shí)采集的人體多方位數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)快速的人體幾何重建;在人體幾何重建基礎(chǔ)上，分別獲取整體性掃描

4、重建的人體和局部精掃描重建的頭部，通過(guò)精細(xì)頭部和原始人體頭部之間的“檢測(cè)-定位-切割-拼接”，實(shí)現(xiàn)人體幾何的局部?jī)?yōu)化。
　　提出基于本征分解的深度和色彩雙重優(yōu)化方法。利用不同的能量泛函最小化方法完成深度數(shù)據(jù)和色彩數(shù)據(jù)各自的畸變校正以及它們之間的配準(zhǔn)優(yōu)化;結(jié)合深度圖像中的深度數(shù)據(jù)，優(yōu)化色彩圖像的本征分解，獲取反照率本征圖和亮度本征圖;用反照率本征圖替代原始色彩圖像，實(shí)現(xiàn)人體的色彩數(shù)據(jù)優(yōu)化;以亮度本征圖作為引導(dǎo)圖像，對(duì)深度圖像進(jìn)行引導(dǎo)

5、濾波，實(shí)現(xiàn)人體的深度數(shù)據(jù)優(yōu)化。
　　提出基于數(shù)據(jù)簡(jiǎn)化與映射的人體運(yùn)動(dòng)變形方法。將掃描重建的人體數(shù)據(jù)從三維空間降到二維空間，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)降維簡(jiǎn)化;通過(guò)構(gòu)建二維骨架的細(xì)節(jié)層級(jí)提取人體骨架主干，并結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)人體骨架模板實(shí)現(xiàn)骨架關(guān)節(jié)點(diǎn)定位;將二維關(guān)節(jié)點(diǎn)反投影至三維空間，實(shí)現(xiàn)三維人體的骨架提取;對(duì)目標(biāo)人體進(jìn)行幾何模型的簡(jiǎn)化，在簡(jiǎn)化模型上實(shí)現(xiàn)人體表面頂點(diǎn)的蒙皮權(quán)重計(jì)算，利用原模型到簡(jiǎn)化模型的單映射關(guān)系計(jì)算出原模型的蒙皮權(quán)重，從而簡(jiǎn)化蒙皮權(quán)重計(jì)算;最