CN113627261A - 一种恢复头部刚体正确位姿的方法及其装置、设备、存储介质 - Google Patents

一种恢复头部刚体正确位姿的方法及其装置、设备、存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种恢复头部刚体正确位姿的方法，包括：获取初始时刻佩戴在多人身体各部位上的刚体位置信息，获取t≥1时刻的刚体位置信息集合，通过该刚体位置信息集合求取双手刚体离头部刚体的实际距离、双脚刚体离头部刚体的实际距离和腰部刚体离头部刚体的实际距离；根据预设的第一约束条件判断上述距离是否是正确的，若是，则结束计算，若否，则根据预设的第二约束条件判断是否只有头部刚体发生串扰；若是，则重新进行匹配计算，以恢复头部刚体正确的新位姿信息。该方案能够有效改善防止头部刚体串扰的问题，并能有效地通过人体其它部位恢复出头部刚体正确的位姿。

Description

一种恢复头部刚体正确位姿的方法及其装置、设备、存储介质
技术领域
本发明涉及动作捕捉技术领域，具体涉及一种恢复头部刚体正确位姿的方法及其装置、设备、存储介质。
背景技术
当前光学动作捕捉系统中，人体动作捕捉可以通过佩戴在人体身上各个部位的刚体进行身体部位的定位和姿态的计算，从而推算出人体的动作等信息。在多人动捕的过程中，多刚体的定位和姿态计算的正确性容易受到相互之间的干扰，导致人体动捕解算产生偏差。若人体动捕解算符合一定的约束或模型，建立人体各个部位刚体之间的相互约束条件则有助于刚体的定位和姿态的估计。一般地，人体运动的幅度大小也会影响着刚体的追踪，因此通常是以头部为参考进行判断人体动捕过程中刚体是否符合人体约束的条件。然而，在错综复杂的人体动捕过程中，也会存在着头部刚体追踪不良而其它身体部位却追踪良好的情况，有鉴于此，有必要提出一种方法改善这种情况。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出一种恢复头部刚体正确位姿信息的方法及其装置、设备、存储介质。
本发明采用的技术方案具体方法如下：
根据第一方面，一种实施例中提供一种恢复头部刚体正确位姿的方法，包括：
S1：获取t＝0时刻佩戴在多人身体各部位上的刚体位置信息集合P{(P1t，P2t，...Ppt)1、(P1t，P2t，...Ppt)2…(P1t，P2t，...Ppt)N}，其中，p为人体部位编号，Ppt为人体部位p上的刚体位置信息，N为人体总个数；
S2：获取t≥1时刻的刚体位置信息集合，通过所述刚体位置信息集合求取双手刚体离头部刚体的实际距离HW1和HW2、双脚刚体离头部刚体的实际距离HT1和HT2、腰部刚体离头部刚体的实际距离HL’；
S3：根据预设的第一约束条件判断所述HW1、HW2、HT1、HT2、HL’是否是正确的，若是，则结束计算；
S4：若判断结果为否，则根据预设的第二约束条件判断是否只有头部刚体发生串扰；
S5：若是，则重新进行匹配计算，以恢复头部刚体正确的新位姿信息。
所述人体部位包括：双手、头部、腰部、双脚六个部位。
以所述头部上的刚体为参考，分别获取双手刚体离头部刚体最大的距离HW、双脚刚体离头部刚体最大的距离HT、腰部刚体离头部刚体最大的距离HL、人体近似最大距离ML＝HW+HT，并令所述HW＝λ*HW+β、HT＝λ*HT+β、HL＝λ*HL+β、ML＝λ*ML+β，其中，λ＞1，β为常量，以使所述HW、HT、HL和ML能有一定误差冗余。
所述预设的第一约束条件包括：
if HW1＜HW：f1＝true else f1＝false
if HW2＜HW：f2＝true else f2＝false
if HT1＜HT：f3＝true else f3＝false
if HT2＜HT：f4＝true else F4＝false
if HL′＜HL：f5＝true else f5＝false
其中，f1、f2分别对应双手刚体的位置信息，f3、f4分别对应双脚刚体的位置信息，f5对应腰部刚体的位置信息，根据所述预设的第一约束条件，则可判断所述HW1、HW2、HT1、HT2、HL’是否是正确的。
以所述腰部刚体为参考，分别计算腰部刚体离双手刚体的最大距离LW、腰部刚体离双脚刚体的最大距离LT，并令所述LW＝λ*LW+β1、LT＝λ*LT+β1，其中，λ＞1，β1为常量，以使所述LW、LT能有一定误差冗余。
所述预设的第二约束条件包括：
以所述腰部刚体为参考，分别计算腰部刚体离双手刚体的实际距离LW1和LW2、腰部刚体离双脚刚体的实际距离LT1和LT2，并判断所述LW1和LW2是否分别小于LW，所述LT1和LT2是否分别小于LT，如果是，则认为只有头部刚体发生串扰。
所述步骤S5包括：
以人体腰部刚体为参考，建立屏蔽点集合Ps，所述集合Ps为符合所述预设的第二约束条件的刚体标记点，从Ps之外的点集中求取符合离头部刚体的距离小于所述HL条件的点集Pt，并对求取的点集Pt与刚体标记点重新进行匹配计算，得到人体头部刚体正确的新位姿信息。
根据第二方面，一种实施例中提供一种恢复头部刚体正确位姿的装置，包括：
获取单元，用于获取t＝0时刻佩戴在多人身体各部位上的刚体位置信息集合P{(P1t，P2t，...Ppt)1、(P1t，P2t，...Ppt)2…(P1t，P2t，...Ppt)N}，其中，p为人体部位编号，Ppt为人体部位p上的刚体位置信息，N为人体总个数；获取t≥1时刻的刚体位置信息集合，通过所述刚体位置信息集合求取双手刚体离头部刚体的实际距离HW1和HW2、双脚刚体离头部刚体的实际距离HT1和HT2、腰部刚体离头部刚体的实际距离HL’；
判断单元，用于根据预设的第一约束条件判断所述HW1、HW2、HT1、HT2、HL’是否是正确的，若是，则结束计算；若否，则根据预设的第二约束条件判断是否只有头部刚体发生串扰；
计算单元，用于当判断结果为是，则重新进行匹配计算，以恢复头部刚体正确的新位姿信息。
根据第三方面，一种实施例中提供一种恢复头部刚体正确位姿的设备，包括：存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的恢复头部刚体正确位姿的方法程序，所述恢复头部刚体正确位姿的方法程序被所述处理器执行时实现上述第一方面所述的方法。
根据第四方面，一种实施例中提供一种计算机可读存储介质，包括程序，所述程序能够被处理器执行以实现上述第一方面所述的方法。
本申请的有益效果是：
依据上述实施例的一种恢复头部刚体正确位姿的方法，首先获取初始时刻(t＝0)佩戴在多人身体各部位上的刚体位置信息，然后获取t≥1时刻的刚体位置信息集合，通过该刚体位置信息集合求取每个人身上各部位的刚体离头部刚体的距离，接着根据预设的第一约束条件判断这些距离关系是否是正确的，若是，则结束计算；若判断结果为否，则根据预设的第二约束条件判断是否只有头部刚体发生串扰；若是，则重新进行匹配计算，以恢复头部刚体正确的新位姿信息。该方案能够有效改善并防止头部刚体串扰的问题，能有效地通过人体其它部位(比如左右手刚体、左右脚刚体和腰部刚体等)恢复出头部刚体正确的位姿信息。
附图说明
图1为本申请中恢复头部刚体正确位姿的方法的流程图；
图2为本申请中恢复头部刚体正确位姿的装置示意图；
图3为本申请中实现恢复头部刚体正确位姿的设备的结构示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本申请相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本申请的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。
另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。同时，方法描述中的各步骤或者动作也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此，说明书和附图中的各种顺序只是为了清楚描述某一个实施例，并不意味着是必须的顺序，除非另有说明其中某个顺序是必须遵循的。
本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。
实施例一、
请参考图1，本申请公开一种恢复头部刚体正确位姿的方法，该方法包括步骤S110-S150，下面将分别说明。
步骤S110，获取t＝0时刻佩戴在多人身体各部位上的刚体位置信息P{(P1t，P2t，...Ppt)1、(P1t，P2t，...Ppt)2…(P1t，P2t，...Ppt)N}，其中，P为刚体位置信息集合，p为人体部位编号，Ppt为人体部位p上的刚体位置信息，N为人体总个数；
在一个实施例中，人体首先隔开一定距离进行TPose，即双手水平张开，两腿并拢，头平视前方，腰板伸直，采用该姿势保证各个刚体在初始时刻求取的位置信息一定是正确的，并利用已有技术求取初始时刻t＝0时，刚体的位置信息集合P{(P1t，P2t，...Ppt)1、(P1t，P2t，...Ppt)2…(P1t，P2t，...Ppt)N}，其中，p为人体部位编号，例如p＝6，即人体部位包括双手、头部、腰部、双脚等6个编号部位，N为人体总个数，Ppt为人体部位p上的刚体位置信息，本实施例以多人动作捕捉场景为例进行求取刚体位置信息。
以头部刚体为参考，可分别获取手部、脚部和腰部刚体离头部刚体位置的距离，这时取双手刚体离头部刚体最大的距离为HW、取双脚刚体离头部刚体最大的距离为HT、取腰部刚体离头部刚体最大的距离为HL，以及取人体近似最长距离为ML＝HW+HT。为了能有一定误差冗余，可以分别对HW、HT、HL和ML乘以一个大于1的系数λ，即令HW＝λ*HW+β、HT＝λ*HT+β、HL＝λ*HL+β、ML＝λ*ML+β，其中，β为常量，以确保求得的刚体位置信息尽可能正确。
步骤S120，获取t≥1时刻的刚体位置信息集合，通过刚体位置信息集合求取双手刚体离头部刚体的实际距离HW1和HW2、双脚刚体离头部刚体的实际距离HT1和HT2、腰部刚体离头部刚体的实际距离HL’；
人体部位可包括：双手、头部、腰部、双脚等部位，设t≥1为开始进行人体动作捕捉开始后的时刻，同样求取此时每个时刻的刚体位置信息集合为P{(P1t，P2t，...Ppt)1、(P1t，P2t，...Ppt)2…(P1t，P2t，...Ppt)N}，通过该刚体位置信息集合可求取每个人身上的刚体之间位置的距离关系(以头部刚体为参考)，这些距离关系包括：双手刚体离头部刚体的实际距离HW1和HW2、双脚刚体离头部刚体的实际距离HT1和HT2，腰部刚体离头部刚体的实际距离HL’。
步骤S130，根据预设的第一约束条件判断所述HW1、HW2、HT1、HT2、HL’是否是正确的，若是，则结束计算；
第一约束条件为以下公式：
if HW1＜HW：fl＝true else fl＝false
if HW2＜HW：f2＝true else f2＝false
if HT1＜HT：f3＝true else f3＝false
if HT2＜HT：F4＝true else f4＝false
if HL′＜HL：f5＝true else f5＝false
其中，f1、f2分别对应双手刚体的位置数据，f3、f4分别对应双脚刚体的位置数据，f5对应腰部刚体的位置数据，根据该预设的第一约束条件，则可判断每个人身上的刚体之间位置的距离关系是否是正确的，即将t≥1时刻的身体各部位刚体位置的实际距离HW1、HW2、HT1、HT2、HL’与初始时刻的身体各部位刚体位置的最大距离进行对比，若实际距离小于最大距离，则判断定为真(true)，代表该距离是正确的，否则为错误(false)。
在一个实施例中，求取对应于上述刚体位置信息集合P的人体各部位上刚体标记点集合为F{(F1t，F2t，...Fpt)1、(F1t，F2t，...Fpt)2…(F1t，F2t，...Fpt)N}，令多人身体上的刚体标记点F1t代表头部刚体，即F1t作为参考数据，已有算法能保证其是正确的，则F1t均为true，其他身体部位的刚体标记点F2t，...Fpt，例如，可代表双手、腰部、双脚等部位上的刚体位置数据，这样可以理解为f1、f2、f3、f4、f5分别对应于双手、腰部、双脚等部位上的刚体位置数据F2t，...Fpt，通过该预设的第一约束条件即可判断双手、腰部、双脚等部位上的刚体位置数据是否是正确的，若是，则可得到正确的刚体标记点集合，从而直接结束计算，若否，则进入步骤S140。
步骤S140，若判断结果为否，则根据预设的第二约束条件判断是否只有头部刚体发生串扰；
在本实施例中，以腰部刚体为参考，分别计算腰部刚体离双手刚体的最大距离LW、腰部刚体离双脚刚体的最大距离LT，并令LW＝λ*LW+β1、LT＝λ*LT+β1，其中，λ＞1，β1为常量，以使LW、LT能有一定误差冗余。
对于判断出的位置信息不正确的刚体，根据如下预设的第二约束条件判断是否只有头部刚体发生串扰：
以腰部刚体为参考，分别计算腰部刚体离双手刚体的实际距离LW1和LW2、腰部刚体离双脚刚体的实际距离LT1和LT2，并判断LW1和LW2是否分别小于LW以及LT1和LT2是否分别小于LT，如果是，则认为双手和双脚刚体数据是正确的，那么说明只有头部刚体发生串扰，才导致f1、f2、f3、f4、f5的结果均为false。
步骤S150：若是，则重新进行匹配计算，以恢复头部刚体正确的新位姿信息，具体包括：
以人体腰部刚体为参考，建立屏蔽点集合Ps，该集合Ps为符合预设的第二约束条件的刚体标记点的集合，即屏蔽掉正确的刚体标记点集合Ps，只在除去Ps外的错误的点集中寻找符合条件的刚体标记点，具体为：从Ps之外的点集中求取符合离头部刚体的距离小于上述最大距离HL条件的点集Pt，即在重新寻找刚体标记点集合进行匹配的时候，就只寻找那些距离头部刚体位置距离小于最大距离HL的空间中3D点集合，由此可成功求得正确的点集Pt，然后对求取的点集Pt与刚体标记点重新进行匹配计算，从而得到人体头部刚体正确的新位姿信息。
假如能够正确求解头部刚体的新位姿，则记录此时与人体头部刚体的匹配点信息集合Pm，并将Pm叠加存放至Ps中；如果不能求得头部刚体的正确位姿，则认为人体的头部刚体已丢失。
实施例二、
请参考图2，本申请公开一种恢复头部刚体正确位姿的装置3，包括：
获取单元31，用于获取t＝0时刻佩戴在多人身体各部位上的刚体位置信息P{(P1t，P2t，...Ppt)1、(P1t，P2t，...Ppt)2…(P1t，P2t，...Ppt)N}，其中，P为刚体位置信息集合，p为人体部位编号，N为人体总个数；获取t≥1时刻的刚体位置信息集合，通过所述刚体位置信息集合求取双手刚体离头部刚体的实际距离HW1和HW2、双脚刚体离头部刚体的实际距离HT1和HT2、腰部刚体离头部刚体的实际距离HL’；
判断单元32，用于根据预设的第一约束条件判断上述HW1、HW2、HT1、HT2、HL’是否是正确的，若是，则结束计算；若否，则根据预设的第二约束条件判断是否只有头部刚体发生串扰；关于判断单元32的具体功能，可以参考步骤S130-S140中的相关内容，这里不再进行详细说明。
计算单元33，用于当判断结果为是，则重新进行匹配计算，以恢复头部刚体正确的新位姿信息。
实施例三、
请参考图3，本申请还公开一种恢复头部刚体正确位姿的设备4，该设备4可以包括存储器41和处理器42，以及包括存储在存储器41上并可在处理器42上运行的恢复头部刚体正确位姿的方法程序。此外需要说明的是，这里的恢复头部刚体正确位姿的方法程序能够在被处理器42执行时实现实施例一中关于恢复头部刚体正确位姿的方法的步骤(即步骤S110-S150)。
需要说明的是，在本实施例中，存储器41上存储的恢复头部刚体正确位姿的方法程序可以包括一些功能模块，如实施例二中请求保护的获取单元31、判断单元32和计算单元33。其中，获取单元31用于获取t＝0时刻佩戴在多人身体各部位上的刚体位置信息P{(P1t，P2t，...Ppt)1、(P1t，P2t，...Ppt)2…(P1t，P2t，...Ppt)N}，其中，P为刚体位置信息集合，p为人体部位编号，N为人体总个数；获取t≥1时刻的刚体位置信息集合，通过该刚体位置信息集合求取双手刚体离头部刚体的实际距离、双脚刚体离头部刚体的实际距离、腰部刚体离头部刚体的实际距离；
计算单元33与判断单元32连接，用于借助于身体其他部位，将符合约束条件的刚体标记点重新进行匹配计算，以恢复头部刚体正确的新位姿信息。
本领域技术人员可以理解，上述实施方式中各种方法的全部或部分功能可以通过硬件的方式实现，也可以通过计算机程序的方式实现。当上述实施方式中全部或部分功能通过计算机程序的方式实现时，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器、随机存储器、磁盘、光盘、硬盘等，通过计算机执行该程序以实现上述功能。例如，将程序存储在设备的存储器中，当通过处理器执行存储器中程序，即可实现上述全部或部分功能。另外，当上述实施方式中全部或部分功能通过计算机程序的方式实现时，该程序也可以存储在服务器、另一计算机、磁盘、光盘、闪存盘或移动硬盘等存储介质中，通过下载或复制保存到本地设备的存储器中，或对本地设备的系统进行版本更新，当通过处理器执行存储器中的程序时，即可实现上述实施方式中全部或部分功能。
以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。

Claims (10)

1.一种恢复头部刚体正确位姿的方法，其特征在于，包括：
S1：获取t＝0时刻佩戴在多人身体各部位上的刚体位置信息集合P{(P1t，P2t，...Ppt)1、(P1t，P2t，...Ppt)2…(P1t，P2t，...Ppt)N}，其中，p为人体部位编号，Ppt为人体部位p上的刚体位置信息，N为人体总个数；
S2：获取t≥1时刻的刚体位置信息集合，通过所述刚体位置信息集合求取双手刚体离头部刚体的实际距离HW1和HW2、双脚刚体离头部刚体的实际距离HT1和HT2、腰部刚体离头部刚体的实际距离HL’；
S3：根据预设的第一约束条件判断所述HW1、HW2、HT1、HT2、HL’是否是正确的，若是，则结束计算；
S4：若判断结果为否，则根据预设的第二约束条件判断是否只有头部刚体发生串扰；
S5：若是，则重新进行匹配计算，以恢复头部刚体正确的新位姿信息。
2.如权利要求1所述的一种恢复头部刚体正确位姿的方法，其特征在于，所述人体部位包括：双手、头部、腰部、双脚六个部位。
3.如权利要求2所述的一种恢复头部刚体正确位姿的方法，其特征在于，以所述头部上的刚体为参考，分别获取双手刚体离头部刚体最大的距离HW、双脚刚体离头部刚体最大的距离HT、腰部刚体离头部刚体最大的距离HL、人体近似最大距离ML＝HW+HT，并令所述HW＝λ*HW+β、HT＝λ*HT+β、HL＝λ*HL+β、ML＝λ*ML+β，其中，λ＞1，β为常量，以使所述HW、HT、HL和ML能有一定误差冗余。
4.如权利要求3所述的一种恢复头部刚体正确位姿的方法，其特征在于，所述预设的第一约束条件包括：
if HW1＜HW：f1＝true else f1＝false
if HW2＜HW：f2＝true else f2＝false
if HT1＜HT：f3＝true else f3＝false
if HT2＜HT：f4＝true else f4＝false
if HL′＜HL：f5＝true else f5＝false
其中，f1、f2分别对应双手刚体的位置信息，f3、f4分别对应双脚刚体的位置信息，f5对应腰部刚体的位置信息，根据所述预设的第一约束条件，则可判断所述HW1、HW2、HT1、HT2、HL’是否是正确的。
5.如权利要求1所述的一种恢复头部刚体正确位姿的方法，其特征在于，以所述腰部刚体为参考，分别计算腰部刚体离双手刚体的最大距离LW、腰部刚体离双脚刚体的最大距离LT，并令所述LW＝λ*LW+β1、LT＝λ*LT+β1，其中，λ＞1，β1为常量，以使所述LW、LT能有一定误差冗余。
6.如权利要求5所述的一种恢复头部刚体正确位姿的方法，其特征在于，所述预设的第二约束条件包括：
以所述腰部刚体为参考，分别计算腰部刚体离双手刚体的实际距离LW1和LW2、腰部刚体离双脚刚体的实际距离LT1和LT2，并判断所述LW1和LW2是否分别小于LW，所述LT1和LT2是否分别小于LT，如果是，则认为只有头部刚体发生串扰。
7.如权利要求1-6所述的一种恢复头部刚体正确位姿的方法，其特征在于，所述步骤S5包括：
以人体腰部刚体为参考，建立屏蔽点集合Ps，所述集合Ps为符合所述预设的第二约束条件的刚体标记点，从Ps之外的点集中求取符合离头部刚体的距离小于所述HL条件的点集Pt，并对求取的点集Pt与刚体标记点重新进行匹配计算，得到人体头部刚体正确的新位姿信息。
8.一种恢复头部刚体正确位姿的装置，其特征在于，包括：
获取单元，用于获取t＝0时刻佩戴在多人身体各部位上的刚体位置信息集合P{(P1t，P2t，...Ppt)1、(P1t，P2t，...Ppt)2...(P1t，P2t，...Ppt)N}，其中，p为人体部位编号，Ppt为人体部位p上的刚体位置信息，N为人体总个数；获取t≥1时刻的刚体位置信息集合，通过所述刚体位置信息集合求取双手刚体离头部刚体的实际距离HW1和HW2、双脚刚体离头部刚体的实际距离HT1和HT2、腰部刚体离头部刚体的实际距离HL’；
判断单元，用于根据预设的第一约束条件判断所述HW1、HW2、HT1、HT2、HL’是否是正确的，若是，则结束计算；若否，则根据预设的第二约束条件判断是否只有头部刚体发生串扰；
计算单元，用于当判断结果为是，则重新进行匹配计算，以恢复头部刚体正确的新位姿信息。
9.一种恢复头部刚体正确位姿的设备，其特证在于，包括：存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的恢复头部刚体正确位姿的方法程序，所述恢复头部刚体正确位姿的方法程序被所述处理器执行时实现如权利要求1-7中任一项所述的恢复头部刚体正确位姿的方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，包括程序，所述程序能够被处理器执行以实现如权利要求1-7中任一项所述的方法。
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