基于人机尺寸驱动的座椅设计系统

针对各类座椅产品,分析了其设计参数与人体坐姿与尺寸之间的关联关系,根据人机工程学知识和人体测量标准建立了标准化人体尺寸数据库和参数化人体模型。在Unigraphics平台上利用OpenGrip工具开发了人机尺寸驱动的座椅设计系统,实现了通过操作人体模型来自动生成符合人机性能要求的座椅产品,提高了设计师的工作效率并保证了所设计产品的合理人机性能。     

由正交图像造型三维个性化虚拟人体模型

基于正、侧、背面4幅正交人体图像,变形模板人体模型后得到带服饰纹理的个性化虚拟人．以截面环为基本几何元素,给出了模板人体模型的生成和变形方法,建立了截面环和三维人体骨架之间的内在关联;自动提取图像上的人体特征点,生成二维图像上的人体骨架;由三维人体骨架和二维图像上人体骨架之间的对应关系,建立截面环和人体图像之间的对应关系;从人体图像上获取截面环的形状参数,通过参数化变形截面环得到个性化的虚拟人体模型．与已有方法相比,该方法建立在基于特征的参数化框架之上,变形更容易控制,消除了三维模型和二维图像之间对应的不确定性,避免了人体变形中的自交现象,效率高、真实感效果较好．     

三维人体的草绘建模方法

提出了一种三维人体的草绘建模方法,允许用户分层次绘制人体骨架线和轮廓线草图,并快速生成三维人体模型.该方法的特征主要表现在两个方面:首先,采用层次化的人体截面模板进行形变,并使用基于距离的描述子在人体模板库中检索最符合用户绘制的模板,使结果模型更能体现人体草图特性;其次,采用参数驱动的三维人体模型生成方法,将草图轮廓特征与模板轮廓进行对应并计算三维形变参数,最后对人体模板进行形变生成三维人体模型.实验结果表明,该方法能够快速构建符合用户绘制意图的三维人体模型.     

三维服装参数化设计技术

通过拓展传统参数化,在三维服装设计中引入曲线曲面作为参数化的基本元素,提出包括模型构建、模型驱动与模型联动的三维服装参数化设计技术框架及其实现.利用特征信息分层次构建服装模型,得到具有非精确表达的服装几何模型;利用混合维度输入信息,对服装多层次几何模型进行多因素驱动;基于模型层次关联信息,对服装模型进行多层次联动和混合维度联动,并能得到系列化产品.相应的实例表明,文中方法能有效地实现人体、衣片和裁片的参数化设计,从而为三维服装大规模定制提供设计方法与技术支持.     

基于尺寸建立个性化人体模型的方法

近年来,人体模型定制已成为计算机图形学领域的重要研究课题之一。文中提出一种基于少量人体尺寸生成个性化人体模型的方法——分块优化法。首先,根据MPI人体扫描模型数据库获得人体外形形变参数与尺寸参数,采用线性相关分析方法实现由若干尺寸恢复完整人体尺寸集。其次,通过参数优化的线性回归方法分析各部位三维人体外形参数与二维尺寸数据之间的关系,并根据输入尺寸对人体模型进行进一步精调。实验表明,上述方法能够生成准确反映人体外形的人体模型。     

语义知识约束的三维人体特征点检测和分割

针对三维人体模形内在知识理解问题,提出域知识约束下的三维人体特征点检测和层次分割算法.首先给出人体域知识的语义特征点定义及参数化描述;然后根据域知识和几何属性自动识别三维人体模型语义特征点,并根据语义特征点和测地距离对人体模型进行层次分割;最后通过图论对分割结果进行优化,并采用形状索引对人体特征点局部特性进行分析,提高分割和特征点的准确性.实验结果表明,文中算法不仅对三维人体模型姿态变化具有很好的稳定性,而且能有效地避免已有算法所出现的分割结果不一致问题.     

基于共形几何代数的三维人体骨架运动序列

为了解决虚拟试衣中人体模型可以动态展示服装效果的问题,提出三维人体骨架动态建模。在基于三维人体模型的骨架自动提取的基础上,采用共形几何代数方法描述人体关节点的运动并通过相邻关节点的位置变化表达不同的人体动作。用关键帧插值法实现人体姿态的序列动作,选择螺旋运动算子实现了基于2D视频图像的3D人体骨架姿态的参数估计,建立了骨架运动模型。三维人体骨架模拟视频动作证实了该方法的高效性。     

面向移动设备的三维人体重建方法

针对移动端的计算资源和存储空间有限等问题,本文提出了一种轻量级的三维人体重建方法.首先,采用DeepLabV3+网络对人体正面和侧面图像进行分割,获得人体净身轮廓.其次利用SMPL人体模型对三维人体进行参数化表示,并对SMPL模型的正面和侧面进行投影,获得二值轮廓作为数据集.然后,构建并训练一个教师网络以预测二值轮廓图的SMPL参数.之后,构建一个轻量级的学生网络,通过知识蒸馏的方式,利用教师网络来提高学生网络预测的人体参数精度.最后通过学生网络预测的SMPL人体参数生成三维人体模型.实验结果证明,本文的方法可以在消耗较少的计算资源和存储空间的情况下获得相对较高精度的三维人体.     

面向坐姿舒适性测试的人机工程仿真系统

针对座椅设计及舒适性主客观测试中缺少系统化的计算机辅助分析工具的问题,开发了一个人机工程仿真系统.该系统由主观评价、体压分布测试可视化、人机仿真和参数化辅助设计模块构成,其中主观评价模块基于舒适性主观测试的过程模型,体压分布测试可视化模块通过与外接测试设备的集成实现了实验数据的可视化重建.文中系统具有对虚拟人和CAD模型访问和处理的接口,能对坐姿人机工程测试过程进行仿真,为座椅舒适性设计提供依据.最后在座椅开发的实际应用中验证了其可行性.     

变形图驱动的人体与脸部网格模板拟合系统

为了建立统一的人体模型数据库/人脸模型数据库,实现了一个用标准三维人体/人脸网格模型拟合扫描数据的系统.该系统为人体模型构建特征点候选区域,用马尔可夫网络对候选区域进行概率预测得到人体特征点的位置;对于人脸模型,采用基于回归树的算法在多幅不同角度的人脸图像上分别检测其二维特征点,融合得到准确的三维特征点位置;得到特征点后,使用相似变换对标准模板和扫描模型的位置朝向以及尺度进行统一;通过特征点引导的变形图算法对标准模板和扫描模型的形状和姿态进行粗配准;最后使用基于稠密点对应的顶点仿射变换拟合得到变形后的标准模板.对CAESAR数据集中的人体模型以及扫描得到的人体和人脸模型均进行了拟合,实验结果表明,该系统能够精确地捕捉扫描数据的几何形状.     

融合语义与几何特征的人体模型结构分割*

针对现有三维人体模型形状分析方法存在人工干预及对姿势依赖的问题,提出一种融合语义与几何特征的三维人体形状分析方法。首先,基于模型表面测地线距离以及内部空间体积特征的度量,提出了基于骨架树的结构检测方法;其次,基于人体测量学先验语义知识,进一步提炼模型的层次结构。该方法能有效的提取不同姿态人体模型的结构特征,并实现基于语义的模型分割,一系列实验结果验证了该方法的高效性与鲁棒性。     

基于VRML的手语合成系统中人体模型的运动实现

人体建模技术是实现手语合成系统的前提,采用VRML(V irtualRealityModeling Language)三维人体建模技术可以提高人体建模的性能,为手语合成系统打下良好的基础。在基于VRML三维人体模型的设计中,分析了人体模型的控制变化原理及仿射变换方法;采用线框模型实现了三维人体模型的建立,运用仿射变换方法实现人体模型的手臂控制运动。实验结果证明该方法可行有效。     

个性化三维人体模型快速建模方法

采用模型重用的思想,通过输入21个人体测量学参数对标准人体模型进行编辑,实时获得相应体型的个性化三维人体模型．该方法使得编辑过程能够实时完成;生成的人体模型可以方便地驱动;精选的21个人体测量学参数覆盖了人体各处的细节,能够比较完整地描述人体的外形特征,满足对人体模型个性化的需求．     

飞行员数字化三维人体模型研究

根据直升机仿真系统的特点,简化飞行员人体机械模型,列出参数化飞行员人体模型有限点测量数据变量,在CATIA V5软件平台上建立了数字化人体曲面几何模型.在此基础上建立运动学模型,可以应用于直升机人机工效设计和训练模拟等方面.     

基于国标人体测量学数据的虚拟人缩放方法

具有准确人体测量学数据的虚拟人模型在虚拟制造和虚拟维修领域有重要的理论和现实意义。此外，根据某些人体测量学数据，参照典型的人体模型生成特定的虚拟人，即实现人体模型的参数化控制，对于合理地进行人机功效分析也有重要的应用价值。该文在分析我国成年人体测量学数据标准的基础上，通过研究Jack软件中人体模型表示方法和人体测量学数据之间的映射关系，提出了一种基于人体测量学数据的人体模型动态缩放方法。利用该方法在Jack软件中建立了基于国标人体测量学数据的人体模型动态缩放子系统。     

基于单幅图像的真实感人体动画合成

由于单幅图像缺失三维信息以及完整的纹理信息,基于单幅图像的真实感三维人体动画合成极具挑战性。针对单幅图像三维信息缺失问题,提出了一种基于SMPL参数模型的三维人体几何重建方法。该方法以单幅图像为输入,先根据输入图像人体轮廓信息变形标准的SMPL参数模型分别生成与目标轮廓一致的正反面的三维几何模型,然后利用基于B样条插值的网格拼接融合算法拼接正反面三维几何,最后为了恢复正确的手部几何,利用基于B样条插值的网格拼接融合算法,将重建后的模型上错误的手部几何用标准SMPL参数模型上正确的手部几何替换。同时,针对单幅图像中纹理缺失的问题,提出了一个称为FBN（front to back network）的对抗生成网络,用于恢复被遮挡的人体背面纹理。实验结果表明,该方法生成的具有完整纹理的人体几何能够由3D运动数据驱动运动,生成具有高度真实感的三维人体动画。     

基于微型传感器驱动的三维实时运动人体模型

建立一种运用于人体运动捕获与再现系统的人体模型,实现人体运动实时控制模型的运动.根据微型传感器人体运动捕获与再现系统的特点,提出一种三维人体模型的层次化结构建模方法和多边形分组皮肤变形方法.该方法以生物动力学为基础,根据人体关节的运动特征进行分层表示,采用传感器数据驱动并控制人体骨架模型的运动以及皮肤模型的变形,实时再现真实人体运动.实验表明,新建模方法适用于传感器数据驱动人体模型的实时运动再现,并能够逼真地体现人体运动的生物力学特征.     

基于服装特征的三维人体躯干建模*

提出了一种基于服装特征的三维人体躯干参数化建模的新思路.详细介绍了胸部和腰部仿真模型的截面曲线形状的仿真方法及其特征参数的计算,采用基于服装特征的参数化设计思想,用人体的身高、胸围和腰围等参数就可以控制人体躯干的三维形状,使结果的变化十分快捷.该建模方法灵活、数据量小,适用于精度要求不高与服装相关的应用场合.     

一种基于模型分割的三维人体骨架提取方法

针对当前三维骨架提取方法复杂度较高、提取结果不够准确,以及专门针对人体模型的方法较少等问题,提出一种基于模型分割的三维人体骨架提取方法。首先,根据模型顶点与末端特征点的最小测地距离将模型分割;然后由归一化的测地距离函数确定模型各顶点所属拓扑层次;接着在模型分割的基础上依据拓扑层次提取出原始骨架点;最后经过微调,将各骨架点按照拓扑关系连接得到较为精确的人体骨架。实验结果表明,该方法有效降低了骨架提取算法的复杂度,且对不同姿势的人体模型均可获得较为准确的提取结果。     

基于视频的运动捕获

现有的运动捕获方法大都存在运动捕获设备昂贵、演员运动受限等缺点，为此，提出了一种利用视觉技术从视频中提取人体运动的方法，并对其中的特片跟踪和三维运动序列恢复等关键技术进行了深入研究。基于人体模型的特征跟踪算法利用卡尔曼滤波和极线方程，能精确地跟踪比较大的人体运动；采用不共面的非线性定标模型和考虑运动不确定性的三维重建方法，能恢复逼真的三维人体骨架模型，实验结果验证了基于视频的运动捕获方法的可行性和有效性。