CN110135078B - 一种基于机器学习的人体参数自动生成方法 - Google Patents

一种基于机器学习的人体参数自动生成方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于机器学习的人体参数自动生成方法，包括步骤：(1)初始化一个转化程序，所述转化程序的输入为精确人体参数，输出为相应的概括性身材描述；(2)通过机器学习的方法训练得到所述概括性身材描述与精确人体参数之间的映射关系；(3)用户输入概括性身材，利用步骤(2)得到的映射关系，输出得到匹配用户真实人体的精确人体参数。本发明方法快速、简单、成本低，实现了在用户输入基本信息和回答问题后，快速生成与用户真实身体数据接近的精确人体参数。

Description

一种基于机器学习的人体参数自动生成方法
技术领域
本发明涉及三维人体重建技术领域，具体涉及一种基于机器学习的人体参数自动生成方法。
背景技术
目前，虚拟试衣是计算机图形学的热门研究方向。在虚拟试衣时，通常需要生成一个与用户真实身材匹配的三维人体模型作为模特穿着服装，用于观看试衣的效果。
三维人体建模技术是利用计算机图形学和视觉方法将现实中人体的三维信息数字化的过程，而三维人体模型生成的关键之一在于真实人体数据的获取。
现有的三维人体重建方法，大多数是根据深度摄像头等设备扫描真实人体，然后根据得到的信息重建三维人体模型。这种方法主要有以下三个缺点：
(1)需要特殊的设备采集人体信息，极大程度地提高了设备成本；
(2)传感器的使用要求周围环境空旷无遮挡，对场地有一定的限制；
(3)采集人体数据时需要用户按照指令摆出相应的姿势，进行旋转或多角度拍摄，操作上存在一定的难度和技巧。
除了上述通过扫描获取真实人体数据的方法之外，还有一些其他的途径。为了解除对复杂扫描仪器等设备的依赖，可以通过简单拍摄几张用户不同角度的全身照或一段包含用户全身图像的视频，来推算得到真实人体不同部位的维度信息，从而生成完整的三维人体模型。
在本发明中，通过让用户回答一系列设定好的概括性身材描述问题，便可以快速得到一组与用户真实人体数据接近的参数，在保证精确性的同时降低了使用成本和难度。
近年来，机器学习的发展极大地促进了计算机科学各个研究领域的发展。目前学术界和工业界有很多开源流行的机器学习框架，例如TensorFlow，它最初于2015年由谷歌发布，是一个基于数据流编程的符号数学系统，被广泛应用于谷歌内部的产品开发和各领域的研究。它灵活的架构使其可在多种平台上使用和部署，学习成本低，用于机器学习和深度神经网络方面的研究，是机器学习中维护得最好和使用最为广泛的框架之一。
利用机器学习，可以通过训练得到不同体型人体的概括性身材描述与真实数据之间的映射关系，只需花费一定的时间采集真实数据，进行学习和训练，即可在之后的实际应用中高效地得到准确的结果，这为三维人体重建提供了一种新的思路。
发明内容
针对本领域存在的不足之处，本发明提供了一种基于机器学习的人体参数自动生成方法。本发明方法快速、简单、成本低，实现了在用户输入基本信息和回答问题后，快速生成与用户真实身体数据接近的精确人体参数。
一种基于机器学习的人体参数自动生成方法，包括步骤：
(1)初始化一个转化程序，所述转化程序的输入为精确人体参数，输出为相应的概括性身材描述；
(2)通过机器学习的方法训练得到所述概括性身材描述与精确人体参数之间的映射关系；
(3)用户输入概括性身材，利用步骤(2)得到的映射关系，输出得到匹配用户真实人体的精确人体参数。
作为优选，所述精确人体参数包括性别、身高、体重、颈围、肩宽、胸围、腰围、臂长、前腰节长和臀围；
所述概括性身材描述包括对颈型、肩型、背部、胸型、臂长、腰型、腹型和体型的描述。
概括性身材描述中，对颈型的描述按如下划分：
若颈围≤35cm，描述为偏细；
若35cm＜颈围＜40cm，描述为正常；
若颈围≥40cm，描述为偏粗。
概括性身材描述中，对胸型的描述按如下划分：
对于男性：
若胸围/身高≤0.55，描述为平坦；
若0.55＜胸围/身高＜0.6且胸围－腰围＞6cm，描述为肌肉一般；
若0.55＜胸围/身高＜0.6且胸围－腰围≤6cm，描述为肥大一般；
若胸围/身高≥0.6且胸围－腰围＞10cm，描述为肌肉严重；
若胸围/身高≥0.6且胸围－腰围≤10cm，描述为肥大严重；
对于女性：
若胸围/身高≤0.52，描述为A罩杯；
若0.52＜胸围/身高≤0.58，描述为B罩杯；
若0.58＜胸围/身高≤0.64，描述为C罩杯；
若0.64＜胸围/身高≤0.7，描述为D罩杯；
若胸围/身高＞0.7，描述为E罩杯。
概括性身材描述中，对肩型的描述按如下划分：
若肩部平坦易挂物，描述为平肩；
若肩部微斜能挂物，描述为常规；
若肩部下斜无法挂物，描述为溜肩，根据程度再细分为溜肩一般和溜肩严重。
概括性身材描述中，对背部的描述按如下划分：
若平时昂首挺胸，描述为挺腰；
若为正常体态或微驼，描述为直背；
若明显驼背，根据程度描述为驼背一般或驼背严重。
概括性身材描述中，对臂长的描述按如下划分：
若臂长/前腰节长＜1.2，描述为偏短；
若1.2≤臂长/前腰节长＜1.26，描述为正常；
若臂长/前腰节长≥1.26，描述为偏长。
概括性身材描述中，对腰型的描述按如下划分：
若腰围/臀围≤0.8，描述为内凹；
若0.8＜腰围/臀围≤0.87，描述为直筒；
若0.87＜腰围/臀围≤0.93，描述为外凸一般；
若腰围/臀围＞0.93，描述为外凸严重。
概括性身材描述中，对腹型的描述按如下划分：
对于男性：
若腰围/臀围≤0.77，描述为凹陷；
若0.77＜腰围/臀围≤0.87，描述为平坦；
若0.87＜腰围/臀围≤0.95，描述为凸出一般；
若腰围/臀围＞0.95，描述为凸出严重；
对于女性：
若腰围/臀围≤0.76，描述为凹陷；
若0.76＜腰围/臀围≤0.82，描述为平坦；
若0.82＜腰围/臀围≤0.92，描述为凸出一般；
若腰围/臀围＞0.92，描述为凸出严重。
概括性身材描述中，对体型的描述按如下划分：
对于男性：
若胸围－腰围＜2cm，描述为O型；
若2cm≤胸围－腰围＜5cm，描述为正三角型；
若5cm≤胸围－腰围＜10cm，描述为H型；
若胸围－腰围≥10cm，描述为倒三角型；
对于女性：
若0.39＜肩宽/臀围≤0.49且(胸围+臀围)/(2×腰围)≤1.12，描述为O型；
若0.39＜肩宽/臀围≤0.49且1.12＜(胸围+臀围)/(2×腰围)≤1.2，描述为H型；
若肩宽/臀围＞0.49，描述为正三角型；
若0.39＜肩宽/臀围≤0.49且1.2＜(胸围+臀围)/(2×腰围)，描述为X型；
若肩宽/臀围＜0.39，描述为倒三角型。
在上述概括性身材描述的判断中，如胸围/身高表示的是胸围和身高之比，如胸围－腰围表示的是胸围和腰围之差，如胸围+臀围表示的是胸围与臀围之和，如2×腰围表示的是腰围的2倍，诸如此类。
步骤(1)中，将若干组精确人体参数输入转化程序，可输出得到不同组合的概括性身材描述。
例如，对于给定的一组精确人体参数，通过转化程序，输出一组关于该人体的概括性身材描述，具体如下：性别“男”，身高“175cm”，体重“75kg”，颈型“正常”、胸型“肌肉严重”、肩型“常规”、背部“直背”、臂长“偏短”、腰型“外凸一般”、腹型“平坦”、体型“倒三角形”。
作为优选，所述步骤(2)的具体步骤为：
(2-1)将若干组步骤(1)中输入的精确人体参数和输出的相应的概括性身材描述划分为训练集和测试集；
(2-2)以训练集数据中的概括性身材描述作为输入，精确人体参数作为输出，基于回归决策树，分别设置不同的超参数训练得到若干个回归决策树模型，即为若干个概括性身材描述与精确人体参数之间的映射关系；
(2-3)使用测试集数据分别测试步骤(2-2)中训练得到的若干个回归决策树模型，并计算相应的线性回归决定系数R2，计算公式如下：
Figure BDA0002064020980000051
Figure BDA0002064020980000052
Figure BDA0002064020980000053
其中，SSE表示残差平方和，SST表示总离差平方和，yi表示第i组真实精确人体参数，fi表示第i组预测精确人体参数，
Figure BDA0002064020980000054
表示测试集中所有真实精确人体参数的平均值；
(2-4)选择R2值最大的回归决策树模型作为最终的预测模型，即为最终的概括性身材描述与精确人体参数之间的映射关系。
线性回归决定系数R2用于评价回归模型的系数拟合优度，其取值范围为[0,1]，通过判定排除过拟合的情况，当R2取值越接近1时，表示模型拟合程度越好。
作为优选，步骤(2-1)中，所述训练集和测试集的数据量之比为7:3。
步骤(2-2)中，所述的超参数包括损失函数、学习率、弱学习器的数目、每一个学习器的最大深度、可划分为内部节点的最小样本数和叶节点所需的最小样本数。
步骤(3)中，用户可以回答一系列设定好的概括性身材描述问题或对给出的概括性身材描述选项进行选择，并以此作为概括性身材的输入。
本发明与现有技术相比，主要优点包括：
(1)不需要特殊的设备采集人体信息，成本低；
(2)没有特殊的场地限制；
(3)只需用户回答预先设定好的调查问卷，即可快速生成与用户真实身体数据接近的精确人体参数；
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件。
本实施例的基于机器学习的人体参数自动生成方法，包括步骤：
(1)初始化一个转化程序，所述转化程序的输入为精确人体参数，输出为相应的概括性身材描述；
(2)通过机器学习的方法训练得到所述概括性身材描述与精确人体参数之间的映射关系；
(3)用户输入概括性身材，利用步骤(2)得到的映射关系，输出得到匹配用户真实人体的精确人体参数。
步骤(1)中的转化程序的概括性身材描述与判断条件如下表1所示。
表1转化程序的概括性身材描述与判断条件
Figure BDA0002064020980000061
Figure BDA0002064020980000071
步骤(2)的具体步骤为：
(2-1)将若干组步骤(1)中输入的精确人体参数和输出的相应的概括性身材描述划分为训练集和测试集，训练集和测试集的数据量之比为7:3；
(2-2)以训练集数据中的概括性身材描述作为输入，精确人体参数作为输出，基于回归决策树，分别设置不同的超参数训练得到若干个回归决策树模型，即为若干个概括性身材描述与精确人体参数之间的映射关系；
所述超参数包括损失函数、学习率、弱学习器的数目、每一个学习器的最大深度、可划分为内部节点的最小样本数和叶节点所需的最小样本数。
(2-3)使用测试集数据分别测试步骤(2-2)中训练得到的若干个回归决策树模型，并计算相应的线性回归决定系数R2，计算公式如下：
Figure BDA0002064020980000081
Figure BDA0002064020980000082
Figure BDA0002064020980000083
其中，SSE表示残差平方和，SST表示总离差平方和，yi表示第i组真实精确人体参数，fi表示第i组预测精确人体参数，
Figure BDA0002064020980000084
表示测试集中所有真实精确人体参数的平均值；
(2-4)选择R2值最大的回归决策树模型作为最终的预测模型，即为最终的概括性身材描述与精确人体参数之间的映射关系。
线性回归决定系数R2用于评价回归模型的系数拟合优度，其取值范围为[0,1]，通过判定排除过拟合的情况，当R2取值越接近1时，表示模型拟合程度越好。
步骤(3)中，以问卷形式让用户回答一系列设定好的概括性身材描述问题或对给出的概括性身材描述选项进行选择，并以此作为概括性身材的输入。
所述问卷具体分为男性、女性两种问卷形式，均需要回答确定的身高和体重，其余概括性身材描述问题让用户根据给予的人体模型图片选择符合自己身材实际情况的选项。
此外应理解，在阅读了本发明的上述描述内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (2)

1.一种基于机器学习的人体参数自动生成方法，包括步骤：
(1)初始化一个转化程序，所述转化程序的输入为精确人体参数，输出为相应的概括性身材描述；
(2)通过机器学习的方法训练得到所述概括性身材描述与精确人体参数之间的映射关系，具体步骤为：
(2-1)将若干组步骤(1)中输入的精确人体参数和输出的相应的概括性身材描述划分为训练集和测试集；
(2-2)以训练集数据中的概括性身材描述作为输入，精确人体参数作为输出，基于回归决策树，分别设置不同的超参数训练得到若干个回归决策树模型，即为若干个概括性身材描述与精确人体参数之间的映射关系；
(2-3)使用测试集数据分别测试步骤(2-2)中训练得到的若干个回归决策树模型，并计算相应的线性回归决定系数R2，计算公式如下：
Figure FDF0000018015550000011
Figure FDF0000018015550000012
Figure FDF0000018015550000013
其中，SSE表示残差平方和，SST表示总离差平方和，yi表示第i组真实精确人体参数，fi表示第i组预测精确人体参数，
Figure FDF0000018015550000014
表示测试集中所有真实精确人体参数的平均值；
(2-4)选择R2值最大的回归决策树模型作为最终的预测模型，即为最终的概括性身材描述与精确人体参数之间的映射关系；
(3)用户输入概括性身材，利用步骤(2)得到的映射关系，输出得到匹配用户真实人体的精确人体参数；以问卷形式让用户回答一系列设定好的概括性身材描述问题或对给出的概括性身材描述选项进行选择，并以此作为概括性身材的输入；
其中，所述问卷具体分为男性、女性两种问卷形式，均需要回答确定的身高和体重，其余概括性身材描述问题让用户根据给予的人体模型图片选择符合自己身材实际情况的选项；
所述精确人体参数包括性别、身高、体重、颈围、肩宽、胸围、腰围、臂长、前腰节长和臀围；
所述概括性身材描述包括对颈型、肩型、背部、胸型、臂长、腰型、腹型和体型的描述；
对颈型的描述按如下划分：
若颈围≤35cm，描述为偏细；
若35cm＜颈围＜40cm，描述为正常；
若颈围≥40cm，描述为偏粗；
对胸型的描述按如下划分：
对于男性：
若胸围/身高≤0.55，描述为平坦；
若0.55＜胸围/身高＜0.6且胸围－腰围＞6cm，描述为肌肉一般；
若0.55＜胸围/身高＜0.6且胸围－腰围≤6cm，描述为肥大一般；
若胸围/身高≥0.6且胸围－腰围＞10cm，描述为肌肉严重；
若胸围/身高≥0.6且胸围－腰围≤10cm，描述为肥大严重；
对于女性：
若胸围/身高≤0.52，描述为A罩杯；
若0.52＜胸围/身高≤0.58，描述为B罩杯；
若0.58＜胸围/身高≤0.64，描述为C罩杯；
若0.64＜胸围/身高≤0.7，描述为D罩杯；
若胸围/身高＞0.7，描述为E罩杯；
对臂长的描述按如下划分：
若臂长/前腰节长＜1.2，描述为偏短；
若1.2≤臂长/前腰节长＜1.26，描述为正常；
若臂长/前腰节长≥1.26，描述为偏长；
对腰型的描述按如下划分：
若腰围/臀围≤0.8，描述为内凹；
若0.8＜腰围/臀围≤0.87，描述为直筒；
若0.87＜腰围/臀围≤0.93，描述为外凸一般；
若腰围/臀围＞0.93，描述为外凸严重；
对腹型的描述按如下划分：
对于男性：
若腰围/臀围≤0.77，描述为凹陷；
若0.77＜腰围/臀围≤0.87，描述为平坦；
若0.87＜腰围/臀围≤0.95，描述为凸出一般；
若腰围/臀围＞0.95，描述为凸出严重；
对于女性：
若腰围/臀围≤0.76，描述为凹陷；
若0.76＜腰围/臀围≤0.82，描述为平坦；
若0.82＜腰围/臀围≤0.92，描述为凸出一般；
若腰围/臀围＞0.92，描述为凸出严重；
对体型的描述按如下划分：
对于男性：
若胸围－腰围＜2cm，描述为O型；
若2cm≤胸围－腰围＜5cm，描述为正三角型；
若5cm≤胸围－腰围＜10cm，描述为H型；
若胸围－腰围≥10cm，描述为倒三角型；
对于女性：
若0.39＜肩宽/臀围≤0.49且(胸围+臀围)/(2×腰围)≤1.12，描述为O型；
若0.39＜肩宽/臀围≤0.49且1.12＜(胸围+臀围)/(2×腰围)≤1.2，描述为H型；
若肩宽/臀围＞0.49，描述为正三角型；
若0.39＜肩宽/臀围≤0.49且1.2＜(胸围+臀围)/(2×腰围)，描述为X型；
若肩宽/臀围＜0.39，描述为倒三角型。
2.根据权利要求1所述的基于机器学习的人体参数自动生成方法，其特征在于，步骤(2-1)中，所述训练集和测试集的数据量之比为7:3。
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