《基于不同体型的三维人体模型自动分割方法》研究背景与意义



专家导读

《基于不同体型的三维人体模型自动分割方法》研究背景与意义

人体测量学(anthropometry)是人类学的一门分支学科，是用测量的方法研究人体结构和人体外部特征的科学，其内容包括对人体各部位的直线、弧线、角度的测量；对人体面积、体积、肌力、体重和日常生理常数等的测量。通过对人体的整体测量与局部测量探讨人体特征、类型、变异和发展规律。人体测量在医学、人类学、考古学研究中占有很重要的地位，它也为工业生产、服装、建筑、军事等行业的设计工作提供了基本参考数据。我国人体测量学的应用发展较快，其重要性逐渐受到人们的重视。

人体测量技术是对人体结构和表面特征的研究，通过获取人体表面的点云数据来精确呈现人体的几何特征和形状特征的技术越来越具有实用性和商业性。三维人体测量技术蕴含着巨大的市场应用前景，三维扫描设备硬件成本的下降趋势也为三维测量技术的广泛应用奠定了基础。目前，国内三维技术的应用还停留在人体扫描上，后继的数据分析大多依靠于通用的数据处理软件包。国际上提供的商业软件包不仅价格不菲，且需要大量的人工过程才可完成数据分析处理。欧洲一些国家和美国在人体模型分割方法和关键特征点提取方面研究较为深入，但西方人和中国人体型差异巨大，人体表面许多关键特征并不相同，所以针对国内现有的不同种类的人体数据库，迫切需要一个符合中国人体型特征的三维人体分割及关键特征尺寸自动提取方法，以简化人体数据的分析工作。

黑龙江省科学院自动化研究所在非接触式结构光三维人体扫描方向有着多年的研究经验，自行开发研制的非接触式结构白光三维扫描仪具有扫描时间短、快速生成模型、安全可靠、精确度高、测量部位全面等优势。

“三维人体测量中关键尺寸自动提取技术的研究”项目是以点云为基础，进行坐标融合、噪声删除、数据点筛选、归一化等预处理，结合人体表面曲率结构特征和截面轮廓特征，对人体模型进行自动部位分割，判断被测人体体型。针对不同部位多次迭代提取截面凸包围长自动获得人体关键尺寸数据。其测量速度快，效果优于传统的手工测量方法，可直观呈现出人体的各项尺寸特征。本项目的研发将填补国内三维人体测量技术在人体模型自动分割和特征点寻找方向上的缺口，结合黑龙江省科学院自动化研究所自主研发的非接触式结构白光三维扫描仪，构建三维人体尺寸测量平台，替代传统测量技术,并将逐渐应用于国内与人体相关的各类产品设计研究中。

对不同体型的人体点云数据进行三维模型分割是三维人体测量的难点问题。《基于不同体型的三维模型自动分割方法研究》提出了一种基于不同体型的人体三维模型自动分割方法，针对人体不同连接部位的形态特点差异，将近似凸包边最大距离分割法、轮廓部位曲线迭代拟合分割法和躯干切面特征点分割法相结合，实现人体表面曲率结构特征和截面轮廓特征融合的分割方法。分割结果表明，本方法具有自动、快速和易操作等特点，既保证了分割位置的准确性，也实现了人体模型分割的普适性要求。