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龙图腾网获悉大连理工大学申请的专利用于人体生物力学仿真的全身解剖结构个性化建模及姿态变形方法获国家发明授权专利权，本发明授权专利权由国家知识产权局授予，授权公告号为：CN115954105B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2026-04-03发布的发明授权授权公告中获悉：该发明授权的专利申请号/专利号为：202211636765.5，技术领域涉及：G16H50/50；该发明授权用于人体生物力学仿真的全身解剖结构个性化建模及姿态变形方法是由王洪凯;赵睿设计研发完成，并于2022-12-16向国家知识产权局提交的专利申请。

本用于人体生物力学仿真的全身解剖结构个性化建模及姿态变形方法在说明书摘要公布了：本发明公开了一种用于人体生物力学仿真的全身解剖结构个性化建模及姿态变形方法，属于个性化建模技术领域。本发明首先通过神经网络模型得到人体运动时各关节间的相对旋转信息，根据人体关节层次关系和骨架拓扑结构，自下到上的实现人体内部解剖结构的姿态变形。通过去交叉算法去除姿态调整后的交叉和优化的蒙皮算法引入顺滑变形的机理，保证个性化人体模型运动时的真实性。结合身体围度信息优化模型重建结果和进行肌肉力线的映射，最终构建出含全身解剖结构的个性化人体生物力学仿真模型，实现姿态变形时人体内部解剖结构真实合理变形，使其能够适用于不同个体与姿态动作的生物力学仿真当中。

本发明授权用于人体生物力学仿真的全身解剖结构个性化建模及姿态变形方法在权利要求书中公布了：1.一种用于人体生物力学仿真的全身解剖结构个性化建模及姿态变形方法，其特征在于，该方法包括以下步骤： 步骤A、个性化姿态变形 步骤A1、解剖学关节点 首先根据人体解剖学定义，对标准状态下的个性化可变形数字人的运动骨架定义了21个骨骼关节点位置，分别是盆骨、腰椎、胸椎、颈椎、右肩、右肘、右腕、右指尖、左肩、左肘、左腕、左指尖、右髋、右膝、右脚尖、左髋、左膝、左脚尖、左锁骨、右锁骨、头顶；在骨骼关节点位置的基础上，结合各骨骼关节点的解剖先验知识，模拟骨骼的正常旋转角度，判断骨骼旋转变换后结果的合理性，通过建模软件对骨骼关节点进行调整；再对调整后的骨骼关节点进行上述过程，最终得到解剖学关节点的位置； 步骤A2、骨架拓扑结构 在步骤A1确定的解剖学关节点的基础上，还需要根据骨架拓扑结构来确定骨骼关节点之间的继承关系，并以父关节和子关节表示出关节层次关系；在人体运动时，子关节相对于父关节只发生旋转，不发生平移，因此父子关节之间的欧式距离是不变的，符合人体骨架长度不变的客观事实；通过自下而上考虑骨骼旋转，从骨架的根节点起，确认各块骨骼的父骨骼和子骨骼以及各块骨骼的根节点和尾节点；辈分最低的子关节先动，相对父关节再动，相对父关节又带动它的子关节，对子关节的变化相当于累加；所有骨骼围绕关节都旋转后，实现相应人体姿态动作的描述； 步骤A3、去交叉修正 根据步骤A2中的骨架拓扑结构，从子骨骼到父骨骼的所有骨骼完成全局变换后，得到人体姿态变换结果；由于骨骼旋转的关节点和旋转轴不能严格模拟人体关节的复杂旋转与滑动过程，也可能造成相邻骨骼之间的交叉；或血管软组织与骨骼、皮肤的交叉；因此，需要采取去交叉运算，消除可能产生的曲面交叉，生成仿真可用的模型； 对人体姿态变换结果中的所有解剖结构的曲面进行去交叉检测的方法是：首先设需要做交叉检测的两个曲面分别为和，二者必须确保的是封闭的网格曲面；遍历上所有顶点，设被检测的任意顶点，从顶点v出发做n条射线，检测每条射线与的交点数，检测每个顶点是否在内部；如果全部n条射线与的交点个数都是奇数，说明顶点v在内部，否则是在外部； 找到中需要调整的点，如果被检测的对象是软组织与骨骼之间或骨骼与骨骼之间，则需要调整的点为中位于内部的点；如果被检测的对象是软组织与皮肤之间，则需要调整的点为中位于外部的点；判断需要调整的点位于曲面的外部还是内部；经过每个需要调整的点，做的所有三角形面片的垂线，如果垂足落在三角形面片内部，则记录需要调整的点到垂足的距离，选取所有距离中最短距离的点当作该需要调整的点更新后点的坐标；每个需要调整的点更新后的坐标为： 其中，为需要调整的点，k为目标点最短距离时对应的垂足； 检测不到需要调整的点后，对曲面和做三角形面片交叉检测，消除可能产生的面片交叉；遍历上所有三角形面片，设为上任一三角形面片，分别检测其三条边与上任一三角形面片的交叉关系；只要三条边中有任意一条与相交，则认为两个三角形面片与相交；对于上所有与相交的三角形面片的顶点，需重新调整其位置，直至检测不到相交的三角形面片； 步骤A4、蒙皮优化 首先通过线性混合蒙皮的方法实现蒙皮结果；将统计学习得到的人体静默姿态下的皮肤表面顶点绑定在每个骨骼关节上，每个皮肤表面顶点可绑定附着在一个或多个骨骼上；选择使用带约束的最小二乘法对所有皮肤表面顶点进行估计，生成线性蒙皮权重；根据骨骼姿态变换和得到的线性蒙皮权重，皮肤表面顶点的位置变换表示为： 其中，是变换后的顶点位置，N为附着骨骼的数量，是顶点对第n块附着骨骼的混合权重矩阵，是骨骼变换矩阵，为顶点的初始位置； 在线性混合蒙皮基础上，再引入通过旋转中心进行蒙皮优化的方法，对蒙皮变形的结果进行优化；计算出各个皮肤表面顶点的旋转中心，找出皮肤表面顶点中与之线性蒙皮权重分布相似的点；利用对偶四元数蒙皮变换的方法，通过四元组叠加旋转矩阵，计算出蒙皮变形中的旋转变换；根据计算的皮肤表面顶点的旋转中心的线性变换结果与通过四元组叠加得到旋转矩阵进行变换的结果，算出蒙皮变形中的平移变换；此过程表示为： 其中，t是平移量，是对旋转中心线性变换，是四元组叠加的旋转矩阵变换； 步骤B：人体生物力学仿真模型的个性化建模，结合实际生物力学仿真中测量的真实身体围度尺寸，使人体生物力学仿真模型的个性化建模结果更加准确； 步骤B1、三维人体模型重建 首先通过神经网络模型分别对照片或视频中每一帧的图像进行特征提取，回归出不同姿态下步骤A1中定义的解剖学关节点的空间位置坐标，再结合步骤A2中骨架拓扑结构为每一个骨骼关节点定义的父节点，计算出各骨骼关节点相对其父节点的旋转角度，得出不同人体姿态下每个骨骼的相对变换矩阵； 再通过步骤A的个性化姿态变形算法，将每个骨骼的相对变换矩阵转换为绝对变换矩阵；根据骨骼的绝对变换矩阵和统计学习得到的人体均值模板，将人体从静默姿态变换到当前姿态，最后对姿态变换结果进行去交叉修正和蒙皮结果优化，重建出运动人员的三维人体模型； 步骤B2、身体围度测量 基于步骤B1中重建的运动人员的三维人体模型，进行身体围度的测量；首先在统计学习得到的人体表皮均值模型上，根据不同的测量标准，定义测量人体各个围度时经过特征点的位置信息；根据重建的运动人员的三维人体模型体表与人体均值模型体表间的顶点位移构建的形变场，通过三维空间插值的方式插值出身体围度特征点的变形结果； 由于身体围度特征点在人体模型中分布比较稀疏，为了保证插值的效果，取每个围度中所有特征点距离最近的几个点，并集处理后组成一个点集，根据点集中每个围度临近点顶点位移的形变场，使用高斯插值实现围度特征点的插值；计算两个点之间的绝对距离表示为： 其中，d为三维空间点a与b间的欧式距离；计算出模型中所有顶点与当前围度特征点之间的欧式距离，按距离递增次序排列后，选取距离最近的几个点的顶点坐标取并集组成点集，进行高斯插值； 再定义出特征点头顶、骨盆、脚底，根据插值配准后的这些特征点间的距离求得模型身高和采集得到运动人员实际身高数据求得模型重建后的真实比例，以及运动人员实际的体重数据求得体态信息，估计出运动人员实际的身体围度；在估计出的身体围度尺寸的基础上，结合生物力学仿真时实际测量得到的身体围度尺寸，进一步优化个性化建模的结果，使重建的人体模型更加准确； 步骤B3、肌肉力线映射 为了使构建出的人体生物力学仿真模型，能够进行生物力学仿真模拟，还要在重建的运动人员的三维人体模型上进行肌肉力线的映射；根据现有生物力学仿真实验中的肌肉骨骼模型，整理出人体解剖模型中父子骨骼的相对位置关系，各块骨骼上肌肉起始点，代起止点的相对位置； 在肌肉力线映射时，首先对统计学习得到的骨骼模型进行均匀重采样，基于标定点将肌肉骨骼模型点云通过非线性空间变换配准到统计学习得到数字人体模型的标准骨骼模型上，完成骨骼模型的配准和肌肉力线的映射。

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