基于圖像的三維虛擬人建模技術研究.pdf

1、三維虛擬人建模是虛擬現實領域的關鍵技術之一。本文提出了一種基于二維圖像創(chuàng)建三維虛擬人模型的方法，該方法可以在較短時間內，利用普通的攝像設備重建個性化三維虛擬人。重建的三維虛擬人有著與真人相近的形體特征，并獲得和真人相似的紋理特性，具有高度的逼真性。這種虛擬人可以直接用數據驅動，再現真實人體的運動過程。本文主要的研究內容和成果包括： (1)借鑒人體測量學的相關原理，提出了在三維虛擬人表面模型上提取人體特征點和計算虛擬人相關人體尺寸

2、的新方法。首先利用三維虛擬人分塊和提取邊界的算法篩選出特征點，并提出了用求解圍度平面和三角網格交線的方法來計算虛擬人體圍度的算法。該方法的獨創(chuàng)性在于它可以精確地計算出三維虛擬人的各項基本人體尺寸，并為評價三維虛擬人模型的逼真度建立了新的量化標準。 (2)利用圖像處理技術，建立了新的在真人的二維透視圖像(正面和側面)和標準三維虛擬人二維正交投影(正視和側視)中分別提取人體二維輪廓和確定輪廓上人體特征點的算法，并實現了兩者對應特征點

3、的匹配和坐標轉換。將圖像處理技術應用于三維虛擬人建模是目前尚未解決的技術難題，本論文提出的方法不僅拓展了圖像處理的應用領域，而且明顯地提高了確定人體特征點的速度，使得快速建立特定對象的虛擬人模型成為可能。 (3)利用FFD(Extended Free-Form Deformation)自由變形技術，基于二維圖像特征點的對比結果，對三維標準虛擬人模型分別進行局部變形和整體變形，獲得針對特定人體的三維虛擬人的靜態(tài)模型。變形后的三維虛

4、擬人表面模型具有和真人近似的形體特征，在主要人體尺寸比例和特征點位置方面也和真人相同，從根本上改變了以前所創(chuàng)建的虛擬人只是簡單地更換模型的紋理來模擬真人的局面，向實現三維虛擬人模型的真人化的方向更進一步。 (4)提出并實現了從真實人體的正面和背面二維圖像上提取紋理，根據虛擬人三角網格的法線方向分別獲得正面和背面的紋理映射，并對正面和反面的交界處的紋理進行紋理融合處理的新方法。這種紋理映射方法較為簡單快捷，使得所創(chuàng)建的三維靜態(tài)模型

5、更加逼真。 (5)根據靜態(tài)模型的特征點計算關節(jié)點位置，然后連接關節(jié)點形成骨骼系統(tǒng)，最后建立骨骼系統(tǒng)的坐標系，分析運動狀態(tài)下骨骼系統(tǒng)的坐標變換和運動控制方法，創(chuàng)建了基于二維圖像的三維虛擬人動態(tài)模型。該方法創(chuàng)建的三維虛擬人動態(tài)模型，不僅具有真實人體的形體特征，而且有和真實人體相近的骨骼系統(tǒng)，這是用傳統(tǒng)方法建立的表面虛擬人所不能實現的，它為模擬真人的運動過程提供了具有創(chuàng)新和借鑒作用的算法。 (6)研究并建立了三維虛擬人動態(tài)模型

6、在運動狀態(tài)下皮膚的變形方法，演示了剛性變形方法、局部算子變形方法、骨架驅動變形算法、基于交叉截面的變形方法和基于FFD的變形方法的具體算法，給出了每種算法的步驟和變形實例，分析了每種方法的優(yōu)缺點。利用皮膚變形算法，才能克服利用簡單的棒狀模型機械地模擬人體骨骼運動的缺陷，使得所建立的三維虛擬人無論在靜態(tài)還是在運動過程中都保持逼真性，具有反映人體的幾何和運動雙重特性的能力。 (7)本文作者認為基于真人的三維虛擬人運動再現是一個新的研