可变形人体三维建模与运动分析

本书首先介绍可变形人体三维建模与运动分析的国内、外研究现状，然后分别对人肢体三维建模、人脸三维建模、人体三维运动参数估计、人体运动检测、人体运动跟踪、人体运动力学分析、应用等方面进行了研究和探讨。本书不仅有助于研究图像、图形领域的读者全面认识可变形人体建模与运动分析，也可为体育科学、医学、国防、动漫制作等相关人员提供人体运动分析的具体解决途径。

第1章绪论1
1.1意义1
1.1.1研究意义1
1.1.2运动生物力学应用1
1.1.3步态分析应用3
1.1.4军事应用4
1.1.5娱乐应用6
1.2国内、外研究现状7
1.2.1二维建模与运动分析7
1.2.2三维曲面建模与运动分析9
1.2.3基于几何的建模与运动分析14
1.2.4基于物理的建模与运动分析16
1.2.5基于解剖的建模与运动分析17
1.2.6人体运动生物力学研究18
1.2.7人体步态动力学研究19
1.3研究内容20
1.4创新点22
第2章人肢体三维建模25
2.1引言25
2.1.1超二次椭球曲面人体模型25
2.1.2元球隐式曲面人体模型26
2.1.3建模方法比较28
2.1.4本章研究内容29
2.2旋转圆锥曲面人肢体模型29
2.2.1旋转圆锥曲面29
2.2.2人体骨架32
2.2.3虚拟人模型32
2.2.4基于图像标记点的人肢体建模34
2.2.5基于图像轮廓的人肢体建模35
2.2.6基于体积不变性的人肢体建模38
2.3蛋形曲面人肢体模型41
2.3.1蛋形曲面42
2.3.2基于图像轮廓的人肢体建模44
2.4卷积曲面人肢体模型48
2.4.1概况48
2.4.2卷积曲面49
2.4.3卷积曲线50
2.4.4卷积曲面和卷积曲线投影对应关系50
2.4.5人体模型及其初始化53
2.5螺旋线曲面人肢体模型55
2.5.1螺旋线模型参数方程55
2.5.2螺旋线形状分析57
2.5.3螺旋线拟合59
2.5.4基于图像的肢体建模60
2.5.5虚拟人模型62
2.6流形T样条曲面人肢体模型63
2.6.1概述63
2.6.2三角网格曲面参数化66
2.6.3流形T样条70
2.6.4曲面重建70
2.7张量曲面人肢体模型71
2.7.1张量积曲面71
2.7.2张量椭球72
第3章人脸三维建模74
3.1引言74
3.2基于网格光的三维人脸建模79
3.2.1网格条纹的提取与细化79
3.2.2特征点的定位与匹配88
3.2.3三维人脸重建95
3.3卷积曲面人脸模型104
3.3.1通用人脸网格变形104
3.3.2卷积曲面人脸建模106
3.3.3脸部皱纹的生成107
3.3.4实验108
第4章人体三维运动参数估计110
4.1引言110
4.2基于骨架的运动估计111
4.2.1原理111
4.2.2实验112
4.3基于旋转圆锥曲面模型的运动估计115
4.3.1原理115
4.3.2实验118
4.4基于卷积曲面模型的关节点角度参数估计119
4.4.1目标函数与约束函数120
4.4.2实验120
第5章人体运动检测123
5.1引言123
5.2基于蛋形曲面模型的姿态评价124
5.3肤色检测127
5.3.1图像预处理128
5.3.2常用目标检测算法128
5.3.3H-CrCb颜色空间的肤色分割130
5.4基于螺旋线模型的相似度度量133
5.4.1增量PCA134
5.4.2二值距离变换136
第6章人体运动跟踪137
6.1引言137
6.2基于蛋形曲面模型的粒子滤波跟踪138
6.2.1粒子滤波相关理论139
6.2.2基于粒子滤波的视觉跟踪框架144
6.2.3基于蛋形曲面模型的粒子滤波跟踪145
6.2.4实验148
6.3采用判别和生成模型方法的运动跟踪155
6.3.1图像特征155
6.3.2形状和姿态的判别式估计157
6.3.3形状和姿态的生成式随机优化159
6.3.4实验159
6.4采用协方差比例采样方法的运动跟踪163
6.4.1算法框架163
6.4.2优化粒子滤波算法164
6.4.3实验166
6.5采用平面模板匹配方法的运动跟踪170
6.5.1算法框架171
6.5.2相关性171
6.5.3创新性172
6.5.4最小化172
6.5.5实验172
6.6采用稀疏表示方法的运动跟踪177
6.6.1粒子滤波177
6.6.2L1最小化运动跟踪178
6.6.3实验180
6.7采用线性回归生成式方法的运动跟踪181
6.7.1带有Gaussian-Laplacian噪声的线性回归求解181
6.7.2运动跟踪183
6.7.3实验184
6.7.4跟踪算法对比188
6.8采用“跟踪-学习-检测”方法的运动跟踪201
6.8.1概述201
6.8.2TLD内部模块201
6.8.3相关理论204
6.8.4实验209
6.9采用稀疏性协同模型方法的运动跟踪209
6.9.1概况209
6.9.2基于稀疏的可区别分类器（SDC）210
6.9.3稀疏生成模型212
6.9.4协同模型213
6.9.5更新方案213
6.9.6实验213
6.10采用动力学约束的运动跟踪214
第7章人体运动力学分析216
7.1运动生物力学分析216
7.1.1引言216
7.1.2分析原理217
7.1.3实验220
7.2步态动力学分析223
7.2.1分析原理223
7.2.2实验225
7.3重心比较实验228
第8章应用230
8.1虚拟人三维模型运动控制平台软件230
8.1.1软件230
8.1.2数据格式234
8.2婴幼儿颅骨畸形三维检测仪237
8.2.1新生宝宝头型偏的原因和症状237
8.2.2产品现状239
8.2.3产品概述241
8.3汉维肢体语言差异模型库及转换平台软件243
参考文献250