三維手姿態(tài)建模及其交互系統(tǒng)研究.pdf

1、三維手勢以其方便、靈活的特性，在人機交互中具有重要的應(yīng)用價值。三維手勢的技術(shù)基礎(chǔ)就是對手部姿態(tài)進行合理快速的建模。本文圍繞交互場景下三維手部姿態(tài)建模技術(shù)進行研究，以手部姿態(tài)符合結(jié)構(gòu)約束、算法實時性與復(fù)雜性兼得為目的，提出一種分層式手部姿態(tài)回歸算法，并基于手部姿態(tài)設(shè)計了一套手勢交互應(yīng)用。本文的主要研究工作如下：
　　針對交互場景下三維手部姿態(tài)估計建模技術(shù)進行研究，分析了交互場景下三維手勢面臨的問題難點，以手部姿態(tài)拓撲結(jié)構(gòu)約束和算法效

2、率與準確性兼得為目標，在級聯(lián)式姿態(tài)回歸算法和手掌骨骼結(jié)構(gòu)的分析基礎(chǔ)上，提出從手掌到手指的分層式手部姿態(tài)回歸算法框架，相比傳統(tǒng)方法大大簡化了算法的運行復(fù)雜度的同時，保證了手部姿態(tài)合理的拓撲約束。
　　針對三維手勢中手部全局姿態(tài)估計問題，本文提出了基于手部深度數(shù)據(jù)的3D指尖法解決此問題。利用手部深度圖像檢測出3D指尖的位置，并分別計算出手指三維方向和手掌三維方向，從而實現(xiàn)快速的手部全局姿態(tài)的估計。最后與現(xiàn)有的點云PCA方法在公開數(shù)據(jù)庫

3、上進行了實驗對比，其中手指三維方向的偏差角度與PCA法基本一致，手掌三維方向角度偏差比PCA法低33％，實現(xiàn)更準確的手部全局姿態(tài)估計。
　　針對手指姿態(tài)估計問題，本文將手指姿態(tài)表述為關(guān)節(jié)點參數(shù)的形式，并基于3D Pose-Ind e xed特征和隨機森林實現(xiàn)對手指姿態(tài)的初步回歸，同時結(jié)合深度圖像設(shè)計出投影特征，利用隨機森林實現(xiàn)對手指姿態(tài)的校正過程。相比傳統(tǒng)級聯(lián)式姿態(tài)回歸算法，保證了估計結(jié)果的拓撲結(jié)構(gòu)約束的同時算法復(fù)雜度降低了1/3