基于Kinect的人體三維重建與尺寸測量.pdf

1、三維人體模型在現(xiàn)代醫(yī)學(xué)、虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality, VR）等領(lǐng)域應(yīng)用前景廣闊，三維重建技術(shù)已成為熱門研究課題。在此背景下，基于不同原理和技術(shù)手段的三維重建方法不斷被提出，商用三維掃描設(shè)備和系統(tǒng)陸續(xù)被推向市場。目前，技術(shù)成熟的三維重建系統(tǒng)主要基于激光、結(jié)構(gòu)光，該類系統(tǒng)掃描速度快、重建精度高，但系統(tǒng)通常龐大復(fù)雜，不易部署操作，此外高昂的價(jià)格限制了系統(tǒng)本身的推廣使用，也制約了三維重建技術(shù)的普及。如何以低廉的成本，方便、快速、精

2、確的重建三維人體模型，成為了研究過程中一個(gè)熱點(diǎn)和難點(diǎn)問題。隨著Microsoft公司Kinect深度相機(jī)的推出，其小巧便攜的特性、低廉的價(jià)格、較好的掃描精度，為上述問題的解決提供了一種可能。已有一些采用Kinect作為掃描設(shè)備并基于其采集的深度數(shù)據(jù)重建人體三維模型的方法和系統(tǒng)，但多數(shù)系統(tǒng)的重建結(jié)果精度不足，適用范圍小。
　　本文旨在研究基于Kinect深度相機(jī)的低成本、高效率、高精度三維人體重建方法。由于Kinect掃描范圍和精度

3、上的限制，在保證較高掃描精度的前提下，單臺Kinect只能重建出人體的部分三維模型，為了獲取完整人體的高精度三維模型，本文提出了一種使用兩臺Kinect的重建方法。本文的主要工作如下：
　?。?）研究使用單臺 Kinect重建人體的局部三維模型的方法：包括深度圖像采集、深度幀融合、重建結(jié)果輸出等階段；設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了基于該方法的重建系統(tǒng)；
　　（2）研究使用兩臺Kinect重建完整人體三維模型的方法：兩臺Kinect同時(shí)運(yùn)行，分別

4、掃描人體上、下部分并生成三維點(diǎn)云，再基于攝像機(jī)標(biāo)定過程獲取的兩臺Kinect之間的姿態(tài)關(guān)系（旋轉(zhuǎn)和平移矩陣），使用調(diào)整算法對去噪后的兩片三維點(diǎn)云預(yù)處理，最后使用ICP算法配準(zhǔn)兩片三維點(diǎn)云獲得完整人體三維點(diǎn)云模型；設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了基于該方法的重建系統(tǒng)；
　?。?）提出了一種適用于三維點(diǎn)云模型的基于Dijkstra最短路徑算法的人體尺寸測量方法：由三維點(diǎn)云構(gòu)建kd-tree，搜索每個(gè)頂點(diǎn)的鄰接點(diǎn)集合，再將每個(gè)頂點(diǎn)與其鄰接點(diǎn)相連構(gòu)成圖結(jié)構(gòu)，最

5、后基于 Dijkstra最短路徑算法計(jì)算圖中頂點(diǎn)間的最短距離；設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了基于該方法的人體尺寸測量系統(tǒng)，操作簡單、實(shí)時(shí)可視且測量精度高。
　　隨著各領(lǐng)域?qū)θS人體模型的需求越來越大，低成本、快速精確的三維重建技術(shù)愈加凸顯出其重要性。本文基于Kinect人體三維重建系統(tǒng)能很好的滿足該需求，適合推廣使用。此外本文展示的三維人體尺寸測量系統(tǒng)也為三維人體模型在紡織業(yè)和服裝設(shè)計(jì)領(lǐng)域的應(yīng)用做出了探索，相信在三維重建技術(shù)研究的推動下，新的技術(shù)手段