基于视频的三维人体模型姿态与形状重构

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1、ＳｏｕｔｈＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｙｇｙ硕士学位论文基于视频的三维人体模型姿态与形状重构作者姓名曾志超学科专业计算机科学与技术指导教师李桂清教授所在学院计算机科学与工程学院论文提交日期２０１８年４月Video-based3DhumanmodelposeandshapereconstructionADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：ZengZhichaoSupervisor：Prof

2、.LiGuiqingSouthChinaUniversityofTechnologyGuangzhou,China分类号：TP391.41学校代号：10561学号：201520130899华南理工大学硕士学位论文基于视频的三维人体模型姿态与形状重构作者姓名：曾志超指导教师姓名、职称：李桂清教授申请学位级别：工学硕士学科专业名称：计算机科学与技术研究方向：多媒体技术及应用论文提交日期：2018年4月20日论文答辩日期：2018年5月31日学位授予单位：华南理工大学学位授予日期：年月日答辩委员会成员：主席：高英教授委员：李桂

3、清教授、陈伟能教授、毕盛副教授、苏锦钿副教授摘要基于视频的三维人体模型姿态与形状重构是指从人运动的视频中提取有效的姿态与形状信息，并利用这些信息，构建出与视频人物有相似姿态与形状的三维人体模型的运动序列。这种技术对于三维人体建模、模型编辑、游戏制作等都有着重要意义。相对于借助专用设备或多目视频图像的方法，现有的基于视频的三维人体模型姿态与形状重构的方法其缺陷在于：其一，由于深度信息的缺失容易导致姿态翻转；其二，重构得到的三维模型形状不准确，且容易出现肢体间相互穿透交叉的问题；其三，难于处理头部细节姿态。此外，视频数据量大

4、，场景复杂多变，三维人体形状的处理也是一个大的挑战。本文提出了一个基于视频连贯性、视频帧人物脸部特征与轮廓自动化提取的三维人体模型姿态与形状重构方法。首先，利用视频中帧与帧之间的连贯性来约束对应的三维人体模型姿态间的差异，以解决由于深度信息缺失导致的姿态翻转问题。其次，提取视频帧中人物的脸部特征点，利用这些特征点来约束三维人体模型中头部的姿态，以此在保证模型姿态与视频人物相似的前提下，调整三维人体模型的头部姿态，使重构的结果更合理。接下来，利用视频帧中提取的二维关节点构建疑似前景和前景区域并驱动GrabCut分割算法自动

5、地分割出每一帧中人体的区域，提取出其中的轮廓线。通过迭代的方法将上述提取的轮廓线约束三维人体模型的形状以调整其形状大小，使其形状与视频帧中的人物更加相近。最后，实现了一个基于视频的三维人体姿态与形状重构系统，对本文提出的重构方法进行了验证。系统能够从输入的视频中自动地提取二维关节点，脸部特征点以及二维轮廓线等信息，并重构出与视频中人物有相似姿态与形状的三维人体模型。相对于其他借助于可穿戴式设备或者多目图像或视频的方法，本文所提出的方法适应于各种普通视频。此外，本文将提出的方法与现有的两种重构算法作了对比，大量实验结果表明

6、，本文方法在姿态和形状重构方面均具有较高的准确性，且能准确地重构出模型头部姿态并有效地避免姿态翻转的问题。关键词：三维人体形状；人体姿态估计；二维到三维；视频；人体重构IABSTRACTVideo-based3Dhumanmodelposeandshapereconstruction,whichmeansextractingeffectivemotionandshapeinformationfromthevideoofhumanmotion,usingtheinformationtoconstructathree-dim

7、ensionalhumanbodymodelmotionsequencewithsimilarposeandshapetothevideocharacter,hasimportantimplicationsfor3Dhumanmodeling,modelediting,andgameproduction.Comparedwiththemethodofusingspecialequipmentormulti-viewvideoimages,thedifficultiesinthereconstructionofthepos

8、eandshapeofthevideo-based3Dhumanbodymodelareasfollows:Firstly,theabsenceofdepthinformationcanresultintheposturereversal.Secondly,itiseasyforthelimbstopenetrate