基于Kinect的动态人体三维重建

摘要

准确而可靠的三维动态几何数字化在影视制作、计算机动画等图形学相关领域中是一个重要的组成部分。不同于静态几何的重建，动态几何帧与帧之间缺少准确的对应信息，此外几何体的自遮挡等问题也不可避免，这使得动态重建问题变得十分具有有挑战性。本文从这些问题出发，研究动态人体重建的整体框架与基本算法，在不需要显式模板的情况下从Kinect组成的系统中自动重建出拓扑完备的三维动态模型。
　　我们的硬件系统包含两对相对朝向的Kinect相机，利用Kinect相机能够直接获得三维信息的特殊性，对相对朝向的相机我们采用了与传统方式不同的定标方法，改进棋盘定标处理相对朝向相机的不足。首先，我们采用了一个人体统计模型SCAPE生成隐式的模板。同时针对姿态训练数据的不足，我们设计了姿态传递的方法将其它数据库中的姿态模型迁移到训练数据库中，使得训练数据库中的姿态更加丰富多样。此外，运动重建过程中很重要的一个步骤是运动跟踪，我们采用了一个分段刚体预对齐的方法，并使用层次式的方法求解，使得整个跟踪过程更加地鲁棒和稳定。通过非刚体变形的方法，我们最终将整个运动过程以拓扑完备的模型方式表现出来。
　　我们采用了多个实验来验证算法的有效性，同时使用不同的姿态和体态运动数据对整个的系统进行测试。事实上，尽管Kinect相机输出的原始数据是充满噪声的，但重建结果表明，我们的算法是可以重建出比较理想的结果的。

目录

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摘要

第1章 绪论

1．1 课题背景

1．2．1 主动式数据获取技术

1．2．2 被动式数据获取技术

1．2 动态几何数据获取技术

1．3 动态几何重建研究现状

1．3．1 基于模板的运动重建

1．3．2 无模板的运动重建

1．4 本文工作及组织结构

第2章 几何对齐方法

2．1 几何对齐

2．2 刚体对齐方法

2．3 非刚体对齐方法

2．4 本章小结

第3章 SCAPE模型及姿态数据库扩充

3．1 SCAPE介绍

3．1．1 模型的训练

3．2 姿态数据库的扩充

3．3 本章小结

第4章 人体运动重建系统

4．1 定标方法

4．1．1 初始外参计算

4．1．2 外参的全局优化

4．2 模板生成

4．3 运动跟踪算法

4．4 运动重建

4．5 实验结果

4．5．1 对比实验

4．5．2 更多结果

第5章 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

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