基于动态三维模型的排球运动姿态标准化研究(3)_船舶标准化与质量杂志社投稿

一、稿件要求： 1、稿件内容应该是与某一计算机类具体产品紧密相关的新闻评论、购买体验、性能详析等文章。要求稿件论点中立，论述详实，能够对读者的购买起到指导作用。文章体裁不限，字数不限。 2、稿件建议采用纯文本格式(*.txt)。如果是文本文件，请注明插图位置。插图应清晰可辨，可保存为*.jpg、*.gif格式。如使用word等编辑的文本，建议不要将图片直接嵌在word文件中，而将插图另存，并注明插图位置。 3、如果用电子邮件投稿，最好压缩后发送。 4、请使用中文的标点符号。例如句号为。而不是.。 5、来稿请注明作者署名(真实姓名、笔名)、详细地址、邮编、联系电话、E-mail地址等，以便联系。 6、我们保留对稿件的增删权。 7、我们对有一稿多投、剽窃或抄袭行为者，将保留追究由此引起的法律、经济责任的权利。二、投稿方式： 1、请使用电子邮件方式投递稿件。 2、编译的稿件，请注明出处并附带原文。 3、请按稿件内容投递到相关编辑信箱三、稿件著作权： 1、投稿人保证其向我方所投之作品是其本人或与他人合作创作之成果，或对所投作品拥有合法的著作权，无第三人对其作品提出可成立之权利主张。 2、投稿人保证向我方所投之稿件，尚未在任何媒体上发表。 3、投稿人保证其作品不含有违反宪法、法律及损害社会公共利益之内容。 4、投稿人向我方所投之作品不得同时向第三方投送，即不允许一稿多投。若投稿人有违反该款约定的行为，则我方有权不向投稿人支付报酬。但我方在收到投稿人所投作品10日内未作出采用通知的除外。 5、投稿人授予我方享有作品专有使用权的方式包括但不限于：通过网络向公众传播、复制、摘编、表演、播放、展览、发行、摄制电影、电视、录像制品、录制录音制品、制作数字化制品、改编、翻译、注释、编辑，以及出版、许可其他媒体、网站及单位转载、摘编、播放、录制、翻译、注释、编辑、改编、摄制。 6、投稿人委托我方声明，未经我方许可，任何网站、媒体、组织不得转载、摘编其作品。

基于动态三维模型的排球运动姿态标准化研究(3)

作者:

关键词:

摘要：

据进行识别时，骨骼追踪会显示出可推断、未追踪到、以追踪到三种状态，其中显示未追踪的数据为完全不可用数据，其与两种状态的三维动态数据对建立模型是有价值数据[2]。由于此模型是用于排球运动姿势标准化规划，要适用于不用身高、体型的运动员，所以采用渲染管线方法来进行排球运动人体骨骼追踪，将Kinect红外摄像头采集的人体骨骼原始数据与训练样本数据进行对比，实现排球运动姿势标准化。渲染管线方法：(1)Kinect技术对三维动态信号采集初始阶段，通过识别人体的原始深度数据流，在没有任何其他编码的条件下，系统芯片获取到的只是深度数据表征的二维人体表征[3]。(2)为了获取排球运动员更深入的姿势数据，Kinect 系统芯片要将每一个二维人体表征动态图像与标准的排球运动数据进行匹配，将二者符合的数据标记在二位人体表征上。(3)通过不断的数据匹配累积直到人体所有骨骼和关节都得到相应的标记，形成三维动态图像。下图为Kinect技术三维动态信号采集流程。图1 Kinect技术三维动态信号采集流程图为了获取到精准且有价值的三维动态数据，需要对Kinect参数进行合理设置，其中包括姿势修正值、动作抖动半径、抖动范围、预测帧、骨骼平滑值等。1.2 骨骼表征动作数据储存通过Kinect 技术获取到排球运动员的三维动作姿态数据后，就可以将这些数据有效的储存起来，用来驱动动态三维模型运动。首先动作数据的储存格式非常重要，常用的动态三维模型数据储存格式有旋转矩阵、欧拉角和四元数，三种数据格式比较如表1所示。根据表1三种数据储存格式应用比较，四元数相对其他两种储存格式优势更大一些，所以对Kinect采集到的三维动态数据采用四元数格式进行转换。将数据转换完后选用BVH格式对文件进行储存。BVH是一种常用的动作数据文件格式，它具有导入导出功能，并且编辑和更改较为简单方便，便于后续模型开发。以BVH格式保存动态三维数据的文件共由18个人体关节点组成，并且分成描述骨骼层次和初始姿势两部分，下图展示了BVH格式文件关节点的分布及名称。表1 旋转矩阵、欧拉角、四元数使用比较功能四元数能否转换成三维坐标旋转点欧拉角不能直接转换成三维坐标旋转点，需要先转换到矩阵能否连接旋转能否插值转换难度内存占量给定方式的表达是否唯一储存后数据能否出现非法使用旋转矩阵不能直接转换成三维坐标旋转点，需要先转换到矩阵一般情况下不能不能难6 个数能能能易一般情况下不能能难9 个数是8 个数相同方向存在多种表达方式是可能会出现数据非法使用情况不会由于存在误差会产生非法使用数据图2 BVH格式文件结构图1.3 动态三维模型驱动设计对于用于排球运动标准化姿势的动态三维模型的场景设计采用OGRE技术，它是一个面向3D场景设计的基于C语言开发的软件，具有三维动态影像渲染功能，并且该软件提供了一个世界对象的动态接口，可以隐藏模型数据库。通过OGRE开发的模型启动应用、场景设计，并用Kinect 采集到的三维人体运动姿势数据驱动人物模型。在模型场景设计方面OGRE 具有以下特点：(1)接口：该软件采用的是面向对象的接口设计形式，能够简单快捷的实现三维场景画面渲染，并且具有独立的API 接口设计，能够提供充足的开发资料。(2)数据处理：该软件能够对多种不同格式的影响加载纹理，并且具有较高的三维画面质量。(3)组织方法：OGRE 支持多种三维场景设计方法，比如开发人员自己通过插件方式开发场景，还可以使用软件自带的三维场景组织方法。除此之外，该技术能够对每个模型节点下安插一个控制，通过节点的运动带动整个模型的运动，使动态三维模型更加逼真和灵活。(4)场景特效：该软件支持多种场景特效，比如天空盒、天空面等。下图为OGRE 三维模型场景设计流程。图3 OGRE三维模型场景设计流程当三维模型场景设计完成后，通过安装Kinect 相关驱动，将OGRE三维模型场景与三维动态数据融合在一起，形成一个动态三维模型。1.4 三维人体动作对比由于建立的是用于规范排球运动姿势标准的动态三维模型，所以需要在模型中设计一个排球运动姿势对比方法用于比较排球运动姿势是否标准。此次采用欧式距离对比方法，该方法是通过排球运动姿势与模型中标准运动姿势中各个关节距离对比，形成一个阈值，阈值越小代表排球运动姿势越区域标准。其计算公式如下所示：公式(1)中D代表两个排球运动姿势关节之间的绝对距离，两点三维坐标分别为A(x1，y1，z1)、B(x2，y2，z2)。则两个排球运动姿势阈值T为：阈值T是两个排球运动姿势所有的各个关节的绝对距离，当得到的T 值越大，说明排球运动姿势越不标准，以此来规范排球运动姿势标准化。2 案例分析为了验证此次设计的动态三维模型对排球运动姿势标准化规范效果，在安徽省某排球对应用该模型对球员进行案例分析，为了保证此次案例分析结果的有效