三维人体模型重建、分割及尺寸提取技术研究

摘要

随着数字化信息的迅速发展和应用,虚拟现实的三维数字人体在生产和生活中的运用也越来越广泛。通过非接触式激光扫描人体表面获取三维数据点云,在计算机中重绘三维人体模型,可用于医学数字人、服装CAD设计与生产、三维电影和游戏等众多领域的智能化方向研究。本文是基于三维数据点云,对三维人体模型实施重建,并探讨了模型肢体的分割算法以及人体模型表面关键尺寸的提取技术。　　对原始数据点进行坐标融合、数据点筛选、噪声点删除、归一化等预处理操作实现三维人体模型的重绘,原始数据点的来源是利用非接触式激光直接扫描人体表面采集获得。　　完成了模型重建后实施肢体的分割,将整个人体模型分割成头部、四肢和躯干6个部分。针对头部与躯干的分割,提出近似凸包边最大距离分割法,采用近似凸包边,直接获得所需的近似凸包边的线段来定位最大距离的分割特征点,降低数据的计算量,并引入一个切面倾斜角度,提高头部分割的准确率;针对下肢与躯干的分割,提出臀部轮廓曲线迭代拟合圆分割下肢法,突破了单凭找胯部分叉点分割下肢的方法,采用多次迭代曲线拟合方法分割下肢,同时有效删除轮廓上的噪声点,提高下肢分割切面的准确性;针对上肢与躯干的分割,提出水平切片最凹特征点分割上肢法,从手臂与躯干的分叉点向肩端点竖直向上逐个水平切片,根据每个切片的四个最凹特征点来分割该切片上肢与躯干,避免了腋窝点定位不准的情况。　　分割人体模型后的最终目的是提取人体的表面关键尺寸,参照国家人体尺寸测量标准GB/T16160-2008标准选取了人体表面的36个关键尺寸进行测量来呈现人体的形态特征。另外,基于三角片的网格模式提取了服装人台的一些基本尺寸。　　在上述研究基础上,设计并实现了一个人体尺寸自动测量应用系统,系统可重绘三维人体模型,人体模型可水平任意角度和竖直任意角度旋转。在系统中能够实时性地选择观察人体六部位中分割的任何肢体部位,并能准确提取人体模型的36个关键尺寸值。

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第一章 绪论

1.1 研究意义及目的

1.2 国内外研究现状

1.3 本文主要工作

1.4 论文组织结构

第二章 三维人体模型重建技术

2.1人体表面点云数据的获取

2.2 人体表面点云数据的预处理

2.3 三维空间模型网格化重建

2.4 本章小结

第三章 三维人体模型分割方法

3.1 头部与躯干的分割方法

3.2 下肢与躯干的分割方法

3.3 上肢与躯干的分割方法

3.4 分割结果及其比较

3.5 本章小结

第四章 三维人体关键尺寸提取方法

4.1 人体表面关键尺寸的提取

4.2 三维人体模型尺寸测量结果

4.3 标准人体模型尺寸提取

4.4 误差分析

4.5 本章小结

第五章 三维人体尺寸测量系统

5.1 系统设计

5.2 系统的运行及结果

5.3 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 论文总结

6.2 进一步的工作研究

参考文献

附录

致谢