(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 20221076709 2.0 (22)申请日 2022.06.30 (71)申请人 电子科技大 学 地址 611731 四川省成 都市高新区 （西区） 西源大道 2006号 (72)发明人 王章静　刘陈浩　赵铖鑫　吴泽源　 仇隆　 (74)专利代理 机构 电子科技大 学专利中心 51203 专利代理师 邹裕蓉 (51)Int.Cl. G06T 13/40(2011.01) G06T 17/00(2006.01) (54)发明名称 一种基于虚拟人物模型的人体运动姿态数 据集生成方法 (57)摘要 本发明提供了一种基于虚拟人物模型的人 体运动姿态数据集生成方法， 使用虚拟人物模型 运动代替真实人体运动作为数据源， 解决人体运 动姿态数据集采集受到真实人体运动限制的问 题， 包括步骤： 步骤1、 人物模型播放符合人体解 剖学的骨骼动画； 步骤2、 根据三维场景使用反向 运动学算法修正模型动作； 步骤3、 设置虚拟IMU， 记录虚拟人物模型动作序列数据； 步骤4、 将动作 序列中虚拟坐标系数据转换为现实人体所在坐 标系数据； 步骤5、 对现实人体所在坐标系数据进 行时间平滑和数据整合， 得到人体运动姿态数据 集。 本发明具有数据集采集难度低、 不受环境干 扰、 采集精度高的优点。 权利要求书3页 说明书9页 附图3页 CN 115018962 A 2022.09.06 CN 115018962 A 1.一种基于虚拟人物模型的人体运动姿态数据集 生成方法， 包括以下步骤： 步骤1、 从播 放的骨骼动画中获取符合人体解剖学的人物模型； 步骤2、 根据三维场景使用反向运动学算法修 正虚拟人物模型动作； 步骤3、 设置虚拟惯性测量单 元， 记录虚拟人物模型动作序列； 步骤4、 将虚拟人物模型动作序列中虚拟坐标系数据转换为现实人体所在坐标系数据； 步骤5、 对现实人体所在坐标系数据进行时间平滑和数据整合得到人体运动姿态数据 集。 2.根据权利要求1所述方法， 其特 征在于， 步骤2具体包括： 首先， 将虚拟人物模型的四肢骨骼动作建模为存在旋转约束的骨骼 链和关节集 合； 然后， 将骨骼动画作为虚拟人物模型的预动作， 计算当前骨骼链与虚拟场景的重叠点， 如存在重 叠点则将重 叠点中距离根关节最近的点作为目标点； 之后， 以目标点 为目标并以末端关节为末端效应 器执行以下步骤： (1)设置骨骼 链中末端骨骼为当前旋转骨骼； (2)设置关节集 合中距当前旋转骨骼最近的根关节为当前关节； (3)计算目标点经当前关节到末端效应 器的旋转角度Eularbone； (4)对当前旋转骨 骼进行修正： 判断旋转角度Eu larbone是否满足当前旋转骨 骼的骨骼旋 转限制， 如是， 则对当前旋转骨骼应用旋转角度Eularbone进行修正， 如否， 对当前旋转骨骼 应用在骨骼旋转限制内最接 近旋转角度Eularbone的最大角度进行修 正； (5)判断当前旋转骨骼是否为根骨骼， 如否， 则将当前旋转骨骼设置为其父骨骼并返回 步骤(2)， 如是， 则判断末端效应器与目标点的欧氏距离是否满足误差限制， 如不满足误差 限制则将当前旋转骨骼设置为末端骨骼并返回步骤(2)， 如满足误差限制则完成对四肢骨 骼动作的修正， 将修正后的四肢骨骼动作与预动作按骨骼分层进 行混合得到修正后的虚拟 人物模型动作。 3.根据权利要求1所述方法， 其特 征在于， 步骤3具体包括： 首先， 将虚拟人物模型的头部、 躯干、 左大臂、 右大臂、 左 小臂、 右小臂、 左大腿、 右大腿、 左小腿和右小腿设置数据记录点， 作为虚拟惯性测量单 元附着点； 然后， 在虚拟人物模型运动过程中以时间间隔T记录采样时刻的虚拟人物模型动作数 据形成虚拟人物模型动作序列， 每一个虚拟人物模型动作数据由虚拟坐标系加速度和虚拟 坐标系旋转四元 数进行数据拼接得到 。 4.根据权利要求3所述方法， 其特 征在于， 步骤4具体包括： 4‑1)将旋转四元 数从虚拟坐标系转换到现实人体所在的坐标系： 首先， 建立虚拟坐标系在现实人体所在坐标系中的投影。 选择现实世界标准人体的正 前方为Y轴正方向、 头顶方向为Z轴正方向、 左手指向方向为X轴正方向为投影坐标系， 该坐 标系的旋转、 坐标和虚拟坐标系中旋转、 坐标相同。 然后， 计算投影坐标系在现实人体所在 坐标系中的旋转四元数qtrans。 对于一个虚拟坐标系下的四元数 将该旋转四元数分解 为旋转轴和旋转角的形式： θvirtual＝2arccos(wvirtual)权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115018962 A 2其中， wvirtual表示四元数 的w轴分量， xvirtual表示四元数 的x轴分量， yvirtual表 示四元数 的y轴分量， zvirtual表示四元数 的z轴分量， (xvirtual,yvirtual,zvirtual)表 示四元数 在虚拟坐标系中的旋转轴， θvirtual表示四元数 绕该旋转轴的旋转角， 如 图5所示。 将虚拟坐标系中的旋转轴(xvirtual,yvirtual,zvirtual)转换为投影坐标系中的旋转轴 (xProjection,yProjection,zProjection)， 然后通过现实人体所在坐标系到投影坐标系的旋转四元 数qtrans将(xProjecti on,yProjecti on,zProjecti on)变换为现实人体所在坐标系中的旋转轴： 其中， qaxis为(xProjection,yProjection,zProjection)扩展四元数转换到现实坐标的结果。 waxis、 xaxis、 yaxis、 zaxis分别为qaxis在w、 x、 y、 z轴的分量， (xreal_axis,yreal_axis,zreal_axis)为虚拟坐标 系旋转轴在现实人体所在的坐标系中的观测结果。 在虚拟世界到现实世界的映射过程中， 虚拟世界四元数 绕旋转轴的旋转角不变， 通过组合现实人体所在坐标系下的旋转轴 和旋转角得到虚拟世界四元 数 在现实世界中的映射： θreal＝θvirtual权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115018962 A 3