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第1章 绪论1

1.1 意义1

1.1.1 研究意义1

1.1.2 运动生物力学应用1

1.1.3 步态分析应用3

1.1.4 军事应用4

1.1.5 娱乐应用6

1.2 国内、外研究现状7

1.2.1 二维建模与运动分析7

1.2.2 三维曲面建模与运动分析9

1.2.3 基于几何的建模与运动分析14

1.2.4 基于物理的建模与运动分析16

1.2.5 基于解剖的建模与运动分析17

1.2.6 人体运动生物力学研究18

1.2.7 人体步态动力学研究19

1.3 研究内容20

1.4 创新点22

第2章 人肢体三维建模25

2.1 引言25

2.1.1 超二次椭球曲面人体模型25

2.1.2 元球隐式曲面人体模型26

2.1.3 建模方法比较28

2.1.4 本章研究内容29

2.2 旋转圆锥曲面人肢体模型29

2.2.1 旋转圆锥曲面29

2.2.2 人体骨架32

2.2.3 虚拟人模型32

2.2.4 基于图像标记点的人肢体建模34

2.2.5 基于图像轮廓的人肢体建模35

2.2.6 基于体积不变性的人肢体建模38

2.3 蛋形曲面人肢体模型41

2.3.1 蛋形曲面42

2.3.2 基于图像轮廓的人肢体建模44

2.4 卷积曲面人肢体模型48

2.4.1 概况48

2.4.2 卷积曲面49

2.4.3 卷积曲线50

2.4.4 卷积曲面和卷积曲线投影对应关系50

2.4.5 人体模型及其初始化53

2.5 螺旋线曲面人肢体模型55

2.5.1 螺旋线模型参数方程55

2.5.2 螺旋线形状分析57

2.5.3 螺旋线拟合59

2.5.4 基于图像的肢体建模60

2.5.5 虚拟人模型62

2.6 流形T样条曲面人肢体模型63

2.6.1 概述63

2.6.2 三角网格曲面参数化66

2.6.3 流形T样条70

2.6.4 曲面重建70

2.7 张量曲面人肢体模型71

2.7.1 张量积曲面71

2.7.2 张量椭球72

2.7.3 度量张量74

第3章 人脸三维建模76

3.1 引言76

3.2 基于网格光的三维人脸建模81

3.2.1 网格条纹的提取与细化81

3.2.2 特征点的定位与匹配90

3.2.3 三维人脸重建97

3.3 卷积曲面人脸模型106

3.3.1 通用人脸网格变形106

3.3.2 卷积曲面人脸建模108

3.3.3 脸部皱纹的生成109

3.3.4 实验110

第4章 人体三维运动参数估计112

4.1 引言112

4.2 基于骨架的运动估计113

4.2.1 原理113

4.2.2 实验114

4.3 基于旋转圆锥曲面模型的运动估计117

4.3.1 原理117

4.3.2 实验120

4.4 基于卷积曲面模型的关节点角度参数估计121

4.4.1 目标函数与约束函数122

4.4.2 实验122

第5章 人体运动检测125

5.1 引 言125

5.2 基于蛋形曲面模型的姿态评价126

5.3 肤色检测129

5.3.1 图像预处理130

5.3.2 常用目标检测算法130

5.3.3 H-CrCb颜色空间的肤色分割132

5.4 基于螺旋线模型的相似度度量135

5.4.1 增量PCA136

5.4.2 二值距离变换138

第6章 人体运动跟踪139

6.1 引 言139

6.2 基于蛋形曲面模型的粒子滤波跟踪140

6.2.1 粒子滤波相关理论141

6.2.2 基于粒子滤波的视觉跟踪框架146

6.2.3 基于蛋形曲面模型的粒子滤波跟踪147

6.2.4 实验150

6.3 采用判别和生成模型方法的运动跟踪157

6.3.1 图像特征157

6.3.2 形状和姿态的判别式估计159

6.3.3 形状和姿态的生成式随机优化161

6.3.4 实验161

6.4 采用协方差比例采样方法的运动跟踪165

6.4.1 算法框架165

6.4.2 优化粒子滤波算法166

6.4.3 实验168

6.5 采用平面模板匹配方法的运动跟踪172

6.5.1 算法框架173

6.5.2 相关性173

6.5.3 创新性174

6.5.4 最小化174

6.5.5 实验174

6.6 采用稀疏表示方法的运动跟踪179

6.6.1 粒子滤波179

6.6.2 L1最小化运动跟踪180

6.6.3 实验182

6.7 采用线性回归生成式方法的运动跟踪183

6.7.1 带有Gaussian-Laplacian噪声的线性回归求解183

6.7.2 运动跟踪185

6.7.3 实验186

6.7.4 跟踪算法对比190

6.8 采用“跟踪-学习-检测”方法的运动跟踪203

6.8.1 概述203

6.8.2 TLD内部模块203

6.8.3 相关理论206

6.8.4 实验211

6.9 采用稀疏性协同模型方法的运动跟踪211

6.9.1 概况211

6 9.2 基于稀疏的可区别分类器（SDC）212

6.9.3 稀疏生成模型214

6.9.4 协同模型215

6.9.5 更新方案215

6.9.6 实验215

6.10 采用动力学约束的运动跟踪216

第7章 人体运动力学分析218

7.1 运动生物力学分析218

7.1.1 引言218

7.1.2 分析原理219

7.1.3 实验222

7.2 态动力学分析225

7.2.1 分析原理225

7.2.2 实验227

7.3 重心比较实验230

第8章 应用232

8.1 虚拟人三维模型运动控制平台软件232

8.1.1 软件232

8.1.2 数据格式236

8.2 婴幼儿颅骨畸形三维检测仪239

8.2.1 新生宝宝头形偏的原因和症状239

8.2.2 产品现状241

8.2.3 产品概述242

8.3 汉维肢体语言差异模型库及转换平台软件245

参考文献252