一种基于密集椭圆模型的人体尺寸计算方法
技术领域
本发明涉及一种基于三维人体模型获取人体尺寸的方法。更重要的是，针对封闭的围度尺寸我们提出了密集椭圆模型算法来拟合尺寸。
背景技术
传统的人体测量主要是采用接触式测量，由经验丰富的测量人员根据人体躯体各个部位的位置、大小和身体比例，面对面采用测距仪、人体测量仪、坐高表和卷尺等对人体的基准点和基准线进行测量，得到人体各部位长度或围度等表面尺寸。方法直观，使用工具简单，但是它们无法满足远程获取尺寸信息的需求，并且受很多其他因素的影响。由于深度和尺度的模糊性，复杂的背景和人体结构，使得这仍然是一项具有挑战性的任务，另外，对于特殊体型的人，过胖或过瘦，特征点提取不准确，导致尺寸计算误差较大。
近年来，基于2D图像重建的3D三维人体模型为获取人体尺寸成为人体测量研究的方向之一，常见方法采用在模型上选取与身体各部位相关的特征点列用于人体尺寸测量，利用特征点列之间的空间关系计算人体尺寸。但是这一类方法在计算封闭的围度尺寸时，仅仅是利用点列之间的长度累加或者使用单椭圆或双椭圆拟合来计算，没有考虑到人体表面是不规则的曲面问题，导致尺寸计算误差较大。因此本文改进了这种方法，建议将封闭围度看作是由多个不同曲率的椭圆弧长缝合而成，提出了密集椭圆模型。
发明内容
为了解决封闭围度尺寸拟合误差较大的问题，本发明提出了一种密集椭圆模型，建议将封闭的围度尺寸看作由多个不同曲率的四分之一椭圆缝合而成，通过围度尺寸上选取的点列与圆心构成的夹角计算对应的椭圆段的长度。
本发明所采用的技术方案如下：
一种基于基于密集椭圆模型的人体尺寸计算方法，包括以下部分：
A、在一个三维SMPL模板模型上找出常用人体测量辅助点；
B、根据模型测量辅助点选取尺寸计算点列；
C、对于不同类型尺寸设计不同的尺寸计算方法；
部分A中，所述的在一个三维模板模型上找出常用人体测量辅助点：根据国家标准对基准点的相关规定，在三维人体模型上标出测量所需的共30个测量辅助点，使用MeshLab软件确定测量辅助点在模型上对应的顶点序号、三维坐标及坐标系。
部分B中，所述的根据模型测量辅助点选取尺寸计算点列是指：根据测量辅助点，继续使用MeshLab选取构成身体各部分尺寸对应的、具有高度相关性的测量点列。
部分C中，所述的对于不同类型尺寸设计不同的尺寸计算方法是指：对于直线段长度，只需要根据人体测量特征点列，计算若干个测量特征点在某个方向上的坐标差，或者是向量长度。对于背腰长类的特殊弧长尺寸，我们将其看作由小段弧长构成，每段弧的长度用其内接弦近似，整个的弧长可看作是由多个内接弦长度叠加。对于封闭的曲线段长度，传统方法通过椭圆模型估计，然而由于人体尺寸是由不规则的曲线段构成，使用单椭圆或者双椭圆估计人体不同区域的尺寸误差较大。因此，我们提出极坐标下的密集椭圆模型，将封闭的围度尺寸对应的测量点，朝着某个方向投影得到相应的二维曲线，二维曲线可以看作由不同曲率的椭圆段构成，计算的尺寸是由椭圆曲线段的累加得到的，如图4所示。
已知中心点O和构成封闭曲线的点列坐标，ai和ai+1是椭圆段的边界点，Oai和Oai+1是边缘的长度，夹角θ可由线段计算，以中相对较短的一边的端点向较长一边作垂线得到点P，并可以求得OP、Pai、Pai+1的长度，以P为坐标原点，以Pai和Pai+1中较长一边作为长半轴l，较短一边作为短半轴s建立椭圆方程L，弧长Ei为四分之一椭圆周长，公式定义(1)、(2) 如下：
将不同曲率的椭圆段累加得到封闭围度尺寸，公式定义如(3)，其中Eall表示待测量尺寸，N代表每段椭圆段对应角度，EN表示由aNa1构成的椭圆段长度。
附图说明
为了更清楚的说明本发明的技术方案，下面将对发明内容中所需要使用的附图作简要地介绍。
图1是本发明的一种基于三维人体模型获取人体尺寸方法的设计流程图。
图2为本方法所标注人体常用测量基准点示意图。
图3为本方法所标注三维模型尺寸示意图及符号说明。
图4为本方法所标注密集椭圆模型算法示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的实施方式进一步详细描述。
本实施例的基准在于，事先收集了100组人体正面图、侧面图、背面图及所需要测量的 38个真实尺寸信息。实验设备为Linux系统台式机，英伟达2080TiGPU、英特尔i7CPU。
用python语言、pytorch框架编程实现所设计的算法结构。
没有采用此方法的基于三维人体模型的尺寸计算准确率为96％，采用了本方法后准确率达97.6％。
