《基于不同體型的三維人體模型自動分割方法》研究背景與意義

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專家導讀

《基于不同體型的三維人體模型自動分割方法》研究背景與意義

人體測量學(anthropometry)是人類學的一門分支學科，是用測量的方法研究人體結構和人體外部特征的科學，其內容包括對人體各部位的直線、弧線、角度的測量；對人體面積、體積、肌力、體重和日常生理常數等的測量。通過對人體的整體測量與局部測量探討人體特征、類型、變異和發(fā)展規(guī)律。人體測量在醫(yī)學、人類學、考古學研究中占有很重要的地位，它也為工業(yè)生產、服裝、建筑、軍事等行業(yè)的設計工作提供了基本參考數據。我國人體測量學的應用發(fā)展較快，其重要性逐漸受到人們的重視。

人體測量技術是對人體結構和表面特征的研究，通過獲取人體表面的點云數據來精確呈現人體的幾何特征和形狀特征的技術越來越具有實用性和商業(yè)性。三維人體測量技術蘊含著巨大的市場應用前景，三維掃描設備硬件成本的下降趨勢也為三維測量技術的廣泛應用奠定了基礎。目前，國內三維技術的應用還停留在人體掃描上，后繼的數據分析大多依靠于通用的數據處理軟件包。國際上提供的商業(yè)軟件包不僅價格不菲，且需要大量的人工過程才可完成數據分析處理。歐洲一些國家和美國在人體模型分割方法和關鍵特征點提取方面研究較為深入，但西方人和中國人體型差異巨大，人體表面許多關鍵特征并不相同，所以針對國內現有的不同種類的人體數據庫，迫切需要一個符合中國人體型特征的三維人體分割及關鍵特征尺寸自動提取方法，以簡化人體數據的分析工作。

黑龍江省科學院自動化研究所在非接觸式結構光三維人體掃描方向有著多年的研究經驗，自行開發(fā)研制的非接觸式結構白光三維掃描儀具有掃描時間短、快速生成模型、安全可靠、精確度高、測量部位全面等優(yōu)勢。

“三維人體測量中關鍵尺寸自動提取技術的研究”項目是以點云為基礎，進行坐標融合、噪聲刪除、數據點篩選、歸一化等預處理，結合人體表面曲率結構特征和截面輪廓特征，對人體模型進行自動部位分割，判斷被測人體體型。針對不同部位多次迭代提取截面凸包圍長自動獲得人體關鍵尺寸數據。其測量速度快，效果優(yōu)于傳統的手工測量方法，可直觀呈現出人體的各項尺寸特征。本項目的研發(fā)將填補國內三維人體測量技術在人體模型自動分割和特征點尋找方向上的缺口，結合黑龍江省科學院自動化研究所自主研發(fā)的非接觸式結構白光三維掃描儀，構建三維人體尺寸測量平臺，替代傳統測量技術,并將逐漸應用于國內與人體相關的各類產品設計研究中。

對不同體型的人體點云數據進行三維模型分割是三維人體測量的難點問題。《基于不同體型的三維模型自動分割方法研究》提出了一種基于不同體型的人體三維模型自動分割方法，針對人體不同連接部位的形態(tài)特點差異，將近似凸包邊最大距離分割法、輪廓部位曲線迭代擬合分割法和軀干切面特征點分割法相結合，實現人體表面曲率結構特征和截面輪廓特征融合的分割方法。分割結果表明，本方法具有自動、快速和易操作等特點，既保證了分割位置的準確性，也實現了人體模型分割的普適性要求。