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專家導(dǎo)讀

《基于不同體型的三維人體模型自動(dòng)分割方法》研究背景與意義

人體測量學(xué)(anthropometry)是人類學(xué)的一門分支學(xué)科，是用測量的方法研究人體結(jié)構(gòu)和人體外部特征的科學(xué)，其內(nèi)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(shù)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(xué)、人類學(xué)、考古學(xué)研究中占有很重要的地位，它也為工業(yè)生產(chǎn)、服裝、建筑、軍事等行業(yè)的設(shè)計(jì)工作提供了基本參考數(shù)據(jù)。我國人體測量學(xué)的應(yīng)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(shù)是對人體結(jié)構(gòu)和表面特征的研究，通過獲取人體表面的點(diǎn)云數(shù)據(jù)來精確呈現(xiàn)人體的幾何特征和形狀特征的技術(shù)越來越具有實(shí)用性和商業(yè)性。三維人體測量技術(shù)蘊(yùn)含著巨大的市場應(yīng)用前景，三維掃描設(shè)備硬件成本的下降趨勢也為三維測量技術(shù)的廣泛應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。目前，國內(nèi)三維技術(shù)的應(yīng)用還停留在人體掃描上，后繼的數(shù)據(jù)分析大多依靠于通用的數(shù)據(jù)處理軟件包。國際上提供的商業(yè)軟件包不僅價(jià)格不菲，且需要大量的人工過程才可完成數(shù)據(jù)分析處理。歐洲一些國家和美國在人體模型分割方法和關(guān)鍵特征點(diǎn)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(guān)鍵特征并不相同，所以針對國內(nèi)現(xiàn)有的不同種類的人體數(shù)據(jù)庫，迫切需要一個(gè)符合中國人體型特征的三維人體分割及關(guān)鍵特征尺寸自動(dòng)提取方法，以簡化人體數(shù)據(jù)的分析工作。

黑龍江省科學(xué)院自動(dòng)化研究所在非接觸式結(jié)構(gòu)光三維人體掃描方向有著多年的研究經(jīng)驗(yàn)，自行開發(fā)研制的非接觸式結(jié)構(gòu)白光三維掃描儀具有掃描時(shí)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(guān)鍵尺寸自動(dòng)提取技術(shù)的研究”項(xiàng)目是以點(diǎn)云為基礎(chǔ)，進(jìn)行坐標(biāo)融合、噪聲刪除、數(shù)據(jù)點(diǎn)篩選、歸一化等預(yù)處理，結(jié)合人體表面曲率結(jié)構(gòu)特征和截面輪廓特征，對人體模型進(jìn)行自動(dòng)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(dòng)獲得人體關(guān)鍵尺寸數(shù)據(jù)。其測量速度快，效果優(yōu)于傳統(tǒng)的手工測量方法，可直觀呈現(xiàn)出人體的各項(xiàng)尺寸特征。本項(xiàng)目的研發(fā)將填補(bǔ)國內(nèi)三維人體測量技術(shù)在人體模型自動(dòng)分割和特征點(diǎn)尋找方向上的缺口，結(jié)合黑龍江省科學(xué)院自動(dòng)化研究所自主研發(fā)的非接觸式結(jié)構(gòu)白光三維掃描儀，構(gòu)建三維人體尺寸測量平臺(tái)，替代傳統(tǒng)測量技術(shù),并將逐漸應(yīng)用于國內(nèi)與人體相關(guān)的各類產(chǎn)品設(shè)計(jì)研究中。

對不同體型的人體點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行三維模型分割是三維人體測量的難點(diǎn)問題?！痘诓煌w型的三維模型自動(dòng)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(dòng)分割方法，針對人體不同連接部位的形態(tài)特點(diǎn)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(diǎn)分割法相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)人體表面曲率結(jié)構(gòu)特征和截面輪廓特征融合的分割方法。分割結(jié)果表明，本方法具有自動(dòng)、快速和易操作等特點(diǎn)，既保證了分割位置的準(zhǔn)確性，也實(shí)現(xiàn)了人體模型分割的普適性要求。