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人体运动捕捉数据格式的研究*

更新时间:2009-03-28

运动捕捉技术(motion capture)在计算机动画、影视、游戏等领域已得到广泛的应用,其实质是通过在人体关键部位安装运动捕捉装置,实时捕捉真实人体运动状态,并记录人体在运动过程中各个关节旋转数据和约束信息,然后以一定的格式存储在计算机中[1]。由于捕捉设备的原理不同,捕捉的数据存储格式也不相同,主要有:ASF&AMC(acclaim skeleton file,acclaim motion capture data ), HTR (hierarchical translation rotation),BVH,C3D等。

医院供应室具有科室的特殊性,主要负责医院各个科室的医疗物品,如:无菌器械、敷料和一次性无菌物品的清洗和消毒,同时也承担着医疗器械的回收工作。通常情况下,供应室工作质量的好坏与医疗质量和护理质量有着直接关系,其不仅会对院内感染的质量控制造成直接影响,同时会对患者的生命安全构成危及[1]。为此,本院对持续性质量改进在医院供应室管理工作中的效果进行分析,并总结分析结果,现报告如下。

由于捕捉的人体运动数据格式较多,造成数据段通用性不好,使得人体运动捕捉数据的成本还较高。唐琛实现了OGRE描述的运动数据文件到BVH定义的动画文件的格式转换[2]。文章在人体运动捕捉数据格式转换方面做了新的探索,设计实现了一个工具HTA(HTR to acclaim),HTA可以将输入的HTR文件转换为ASF&AMC文件。

1 结构体定义

为实现人体运动捕捉数据格式的转换,先定义缓存区域,以便保存所有输入输出的数据。本文设计结构体:htrFormat和acclaimFormat,对应HTR数据文件和ASF&AMC数据文件。

1.1 结构体htrFormat

HTR文件是Motion Analysis公司定义的文件格式,被划分为4个部分:文件头、骨骼层次的声明、基础位置和数据流[3]

在进行造林之后需要进行及时的验收,但是在实际的验收工作中存在一定的问题。第一,对需要验收的项目没有进行及时的自查验收,没有进行建档工作。第二,一些验收工作只是在表面上进行,没有真正落实到位。第三,验收图纸和实际的情况存在一定才差距。

fprintf(asfFileHandle,” order %s n”, acclaimFile->rootOrder);

struct htrFormat {

char *fileTyPe; /*文件类型 */

char *datatype; /*数据类型 */

int fileVersion; /*文件版本*/

int numSegments; /*骨骼数*/

int numFrames; /*总帧数*/

double rootPosition[3]; /*初始位置*/

char *eulerRotationOrder; /*旋转顺序*/

char *calibrationUnits; /*平移的数据单位*/

char *rotationUnits; /*旋转的数据单位*/

char *globalAxisofGravity; /*全局垂直方向*/

char *boneLengthAxis; /*沿骨骼的轴*/

float scaleFactor; /*缩放因子*/

研究表明,CLA可以通过激活PPARγ途径调节炎症反应。Yu等[18]使用CLA处理巨噬细胞,发现CLA异构体混合物能降低细胞因子如IL-1和IL-6的生成,认为CLA具有抗炎症反应至少是部分依赖于过氧化物酶体增殖物激活受体(PPAR)的调节,Yang等[19]也发现cis-9,trans-11 CLA具有类似的作用。Bassaganya-Riera等[20]的研究表明,CLA可以通过激活猪结肠PPARγ降低炎性因子TNF-α的产生,从而调控结肠炎的发作时间及损伤程度。

struct htrSegmentHierarchy *childParent; /*层次*/

struct htrBasePosition *basePosition; /*基础位置*/

struct htrSegmentData *segmentData; /*骨骼段数据*/

“互联网+”时代下的语文课堂,即在语文课堂教学中通过多媒体设备实现课堂的翻转,翻转课堂作为一个独立概念于2000年首次面世,其模式在十年内的发展经过四个阶段模式,概念—雏形—探索—模式架构。2011年,这种学习模式被Sal⁃aman Khan教授命名为“Flipped Classroom”。[1]国内外对于翻转课堂的实践研究与理论研究,翻转课堂教学模式的探讨,翻转课堂教学模式的构建,分别形成了三类体系架构:结构说,方法说与程序说。其核心要素包含了教学目标、设施条件、理论支撑、运行程序、评价反馈五大要素。

结构体前12个成员变量对应HTR文件头部分,后3个成员变量为结构体类型,负责记录HTR文件中的骨骼层次的声明、基础位置和数据段信息。

1.2 结构体acclaimFormat

ASF&AMC是Acclaim公司定义的数据格式,共包含两个文件: 骨骼文件ASF和运动文件AMC[4]。ASF文件是层次模型文件,主要储存人体骨架结构数据,共31个关节点,其中根节点是其他节点的父节点。AMC文件用于储存每一帧的运动数据。该运动数据按照一定的频率进行采样得到若干运动帧数据,每帧数据包含若干行,由所有关节的运动信息组成,其中根关节包括平移和旋转信息,其它关节只包括旋转信息,以一种分层的方式来存储[5]

acclaimFormat记录ASF、AMC文件中的数据,具体设计如下:

struct acclaimFormat {

char *version; /*文件版本*/

char *name; /*设备名称 */

大数据的计算模式,主要指的是依据大数据不同侧面的特征,例如数据方面的特征、运算方面的特征等等,从这些计算问题以及相关的需求中加以提炼,从而构建各种各样的高层抽象(abstraction)或者模型(model)。比如,MapReduce中涉及的并行计算抽象,著名的Spark系统中的“分布内存抽象RDD”,CMU著名的图计算系统GraphLab中存在的“图并行抽象”等。

桁架平台提升的同步控制方法:①同一侧的两台机组设备本身有同步调平装置,通过电机的行程开关来保证同一侧的两台机组同步提升,如果同一侧的两边电机高低差大于100mm,高边的电机会自动停止,待低边的电机上升到位后再提升。②两侧对面的平台通过设置调平水管的方法,通过操作人员的观察来调节提升时同步性,具体方法是:在每侧电动平台上,设置一根注满水的U型透明水管,U型水管两边做好刻度标记,操作人员在提升时观察U型水管两边做好的刻度标记,当水面超过刻度值时,操作人员及时调整。

float unitsLength; /*长度系数*/

char unitsAngle[5]; /*角度*/

float unitsMass; /*质量系数*/

char * documentation; /*注释 */

规则库是知识库的重要部分,用于存放施工升降机导轨架设计的工程规则[6]。对于设计过程的知识和设计的约束都采用嵌入式源程序法方式表达规则知识。采用基于规则的表达方式将施工升降机零件的相关设计准则和设计方案用KF语言描述出来嵌入到Dfa文件中。对于施工升降机导轨架的标准节的选取部分规则如下:

char rootOrder; /*根节点的变换顺序*/

中国文明在经历了“绝地天通”这一重大变革之后,开始摆脱原始蒙昧,逐渐进入以神为本的神权时代,此一变革,一方面使得“通天之术”成为巫觋所垄断的神秘之学,而巫觋作为精神信仰的领袖以及天地神灵的代言人,也逐渐成为国家的统治者;另一方面,也使“天文之学”拥有了一个专业正规的研究团体和生存环境。《易经·贲卦》云:“刚柔交错,天文也。文明以止,人文也。观乎天文,以察时变;观乎人文,以化成天下。”

char rootAxis[5]; /*初始旋转顺序*/

int dataFrameRate; /*帧采样速率 */

double rootOrientation[3]; /*初始旋转值*/

struct acclaimBoneData * boneData; /*骨骼段数据*/

struct acclaimHierarchy *hierarchy; /*层次数据*/

struct acclaimFrameData *frameData; /*帧数据*/

};

(1)acclaimFormat的成员中是简单信息的可直接写入,如:strcpy(acclaimFile->version,“1.10”)。

2 HTR文件解析

结构体定义后,数据格式的转换首先要把已有的HTR数据文件写到数据缓存中。定义结构体htrFormat的变量htrFile和存放解析的标记的指针数组token。

具体过程如下:

(1)打开HTR文件;

(5)对于运动数据部分,循环处理每一帧,帧数为htrFile->numFrames的值。先处理每帧的根节点,其数据信息均为0。再处理其他骨骼数据(平移和旋转),如:

htrFile->fileType=(char *)malloc((strlen(token[1])+1)*sizeof(char)); /*分配内存*/

strcpy(htrFile->fileType, token[1]); /*保存类型*/

(3)根据关键字[SegmentNames&Hierarchy]找到骨骼层次部分。首先根据骨骼段数分配所需的内存,然后根据骨骼数目循环解析每一骨骼的层次信息并保存到htrFile的成员变量childParent中。childParent也是结构体类型,由child和parent两个成员变量来表明当前骨骼和其父骨骼。

(4)根据关键字[BasePosition]找到基础位置部分。根据骨骼数目循环解析每一骨骼的8种信息并保存到htrFile的成员变量basePosition中。basePosition也是结构体类型,由name、boneLength、位置信息(tx、ty、tz)和旋转信息(rx、ry、rz)。

(5)最后一部分为数据信息。根据骨骼段名称依次解析每段骨骼的帧数据,保存在htrFile的成员变量segmentData中。segmentData也是结构体类型,由segmentName、frame组成,其中frame为结构体类型变量,成员变量为帧号frameNo、平移信息(tx、ty、tz)、旋转信息(rx、ry、rz)和缩放系数SF。

3 htrFormat到acclaimFormat

当HTR文件中的数据写入到内存后,就可以移入acclaimFormat类型的结构体变量acclaimFile中。过程如下:

acclaimFormat后3个成员变量为结构体类型,分别记录骨骼信息、骨骼层次关系和AMC文件中的数据。

(2)根据htrFile->eulerRotationOrder决定的旋转顺序,在平移顺序不变的情况下写入acclaimFile->rootOrder和acclaimFile->rootAxis的值。将HTR文件的父节点作为根节点的孩子节点,所以acclaimFile->rootPosition和acclaimFile-> rootOrientation均为0。

(3)对于boneData部分,其name、length、axis、dof可根据htrFile->basePosition的name、bonelength和旋转旋转信息(rx、ry、rz)写入,direction由globalAxisofGravity决定,dofNumber、limits、bodyMass、cofMass根据情况直接赋值。

(4)对于层次部分,ASF是先列出父骨骼,再是所有的子骨骼,与HTR文件差别很大。所以,需要先求出有多少骨骼带有子骨骼。先处理父节点为GLOBAL的节点,添加其所有子节点,然后再依次处理其他带子节点的节点。

(2)根据关键字[Header]找到文件头部分。依次解析文件头的12部分信息,保存到htrFile的相应成员变量中,如FileTyPe的处理如下:

Agilent 1290 InfinityⅡ超高效液相质谱仪;Agilent 6470 Triple Quad LC/MS串联四极杆液质联用仪(安捷伦科技(中国)有限公司);XS205DU电子天平(梅特勒-特利多电子有限公司)。

acclaimFile->frameData.motionData.tx = htrFile-> segmentData.frame.tx;

4 ASF&AMC文件填充

文件转换的最后一步就是把缓存中的数据填充到ASF&AMC文件中。

(1)根据ASF文件的结构逐步将acclaimFile中的数据写入其中,如:

fprintf(asfFileHandle,”:version %s n”, acclaimFile->version);

fprintf(asfFileHandle,”:root n”);

HTR文件的缓存结构体设计如下:

fprintf(asfFileHandle,”: bonedata n”).

(2)根据AMC文件的结构逐步将acclaimFile中的运动数据写入其中。依次处理各帧数据:先写入帧号;再写入根节点数据;写入本帧的骨骼数据,包括骨骼名称和根据自由度写入的各个具体数据。

5 结论与展望

文章设计的人体运动捕捉数据格式工具HTA,能很好将HTR文件转换为ASF&AMC文件。不过转换只涉及到两种格式,后期还需要对缓存结构进行改善,以设计一种能应用在多种人体运动捕捉数据格式之间转换的更泛化的缓存结构。

参考文献

The results indicate that the three ports are matched and the component values derived from Eqs. (4), (5), and (8) can be used for the design of the proposed power divider.

[1]孙丽雅.基于运动捕捉数据的人体运动分割和标注技术[D].北京:北京交通大学,2015.

[2]Tan CH,Hou J,Chau LP. Human motion capture data recovery using trajectory-based matrix completion[J]. IET Electronic Letter,2013,49(12): 752.

王船山完善了朱熹、王阳明知行说,使得“知与行”而达到了具备唯物与辩证思维的“行先知后”和“知行结合”的层面。但由于时代限制和中国传统文人在逻辑性思辨上探究的深度与广度不足,使得王船山并没有将其唯物主义萌芽状态的 “知行说”给予充分的阐释。在探索革命道路的早期,毛泽东曾经参与组织“船山学社”和湖南自修大学,作为联系革命进步青年,进行学术交流和革命道路探讨,可见他对王船山的学说的推崇与肯定。

[3]王德成,陈燕.基于HTR文件的人体动画的实现[J]. 西安文理学院学报(自然科学版),2014,17(3):63.

1)为了保证试验结果的准确性,试验前必须要对空坩埚进行灼烧至恒重,为了节省时间和避免返潮,空坩埚灼烧时间30 min即可达到恒重,置于干燥器中冷却时间30 min即可进行称重。

[4]于晓敏.数据驱动的虚拟人运动分析与合成技术研究[D].北京:北京交通大学,2017.

我们教师在教学过程中要为学生创设一个良好的思考氛围。心理学家罗杰斯认为,一个人的创造力只有在“心理安全”和“心理自由”的条件下,才能获得最大限度的表现和发展。思考何尝不是这样?人在压抑、恐惧、紧张的心理状态下是很难静心思考、有所创新的。因此,营造有利于学生自主学习、主动参与的良好氛围,给学生以“心理安全”就显得尤为重要。教师可以在提问时注意到为学生创造独立思考的机会和情境,给学生指明思考的方向,让学生通过积极独立思考,探究新的知识,锻炼思维能力。

[5]杜战战. 人体运动捕获数据的分析方法研究[D].南京:南京理工大学,2015.

 
陈燕,王强
《九江学院学报(自然科学版)》2018年第01期文献

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