基于特征跟踪的视频运动捕获技术研究

摘要

近年来,运动捕获技术在计算机动画领域中应用频频,影响也日益扩大,引起了广大专家学者的极大关注.但是,现有的运动捕获技术大多存在着捕获设备过于昂贵、表演者动作受限等缺点,从而制约了该技术的进一步推广和应用.为了解决这一问题,该文提出了一种从视频中提取人体运动信息,并用此来生成运动捕获文件的方法.这是近年来计算机视觉研究中的热点问题,在体育运动分析、人机接口、虚拟现实和动画制作等领域都有着广泛的应用价值.基于视频的人体运动捕获打破了传统运动捕获的局限,它不需要任何多余的辅助设备,也不需要在表演者身上捆绑传感器,可以让表演者自由自在、随心所欲的施展动作,从而保证了人体动作的自由流畅,且成本非常之低.从某种意义上说,我们研究的将是一个简易的、廉价的运动捕获系统,也可以说是一种现有运动捕获系统的替代,通过它就可以完成对视频中人体运动的测量、存储和再现.在该文中,我们结合运动捕获和人体运动分析两大热点研究技术,主要对其中的二维人体运动跟踪方法和三维运动重建等关键技术做了深入的研究,最终实现了一个基于特征跟踪的视频人体运动捕获原型系统.它可以从一段固定背景的视频片断中提取人体的运动信息,自动生成运动捕获数据文件,从而完成对人体运动的捕获过程.系统的具体做法是首先在首帧中标注人体的各个关节点位置,然后在后续帧中做基于特征的跟踪,生成二维关节点坐标序列,再对运动做三维重建,最后经过对数据的转换和重新组织,生成所需的运动捕获数据文件.实验表明,该方法具有一点的准确性和实用性.

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1引言

1.1.1运动捕获技术应用和研究的兴起

1.1.2运动捕获技术的缺陷

1.1.3研究课题的提出

1.2本论文实现的工作和目标

1.3本文研究的意义

1.4论文章节的组织结构

第二章运动捕获和人体运动分析技术基础

2.1运动捕获技术

2.1.1运动捕获的起源

2.1.2运动捕获系统组成

2.1.3运动捕获系统分类

2.1.4动作捕获过程

2.1.5运动捕获技术的应用

2.2人体运动分析技术

2.2.1人体运动分析简介

2.2.2人体运动分析研究主要内容

2.2.3人体运动分析国内外研究现状

2.2.4人体运动的跟踪方法

2.2.5人体运动分析的应用和发展

2.3本章小结

第三章 二维人体运动跟踪方法

3.1引言

3.2视频运动分析

3.3常用运动跟踪方法

3.3.1块匹配方法

3.3.2光流方法

3.3.3基于特征方法

3.4基于特征的跟踪算法

3.4.1特征选择

3.4.2特征跟踪

3.5二维人体运动序列的生成

3.6本章小结

第四章人体运动的三维重建

4.1引言

4.2摄像机的成像模型和标定

4.3首帧三维关节点坐标确定

4.4后续帧中人体骨架的重建

4.5捕获文件的生成

4.5.1人体运动的描述

4.5.2运动捕获数据文件分析

4.5.3运动捕获文件的生成

4.6本章小结

第五章视频运动捕获系统VHMC的实现

5.1系统简介

5.2系统设计

5.3主要数据结构

5.3.1图像数据结构

5.3.2人体骨架模型

5.3.3骨骼数据结构

5.3.4跟踪相关结构

5.4实验结果与分析

5.5本章小结

第六章总结和展望

6.1本文总结

6.2存在的问题和今后展望

参考文献

致谢

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