本發(fā)明涉及人體模型測量，具體而言涉及一種基于人體三維重建的人體模型測量分型方法。

背景技術(shù)：

1、常用的體型計算方法主要有兩種：

2、1.bmi指數(shù)法(body?mass?index，體質(zhì)指數(shù))：

3、這是目前醫(yī)學(xué)界普遍使用的身材判斷指標。bmi的計算方法是體重(千克)除以身高(米)的平方。

4、根據(jù)世界衛(wèi)生組織的標準，bmi值在18.5～24.9之間為正常體重；25～29.9之間為超重；30及以上為肥胖。但不同國家和地區(qū)可能根據(jù)具體情況有所調(diào)整。

5、需要注意的是，bmi指數(shù)雖然簡單易用，但并不能完全準確地反映個人的體型和健康狀況，特別是對于肌肉量較大的人群，bmi值可能會偏高。

6、2.體指數(shù)法(t＝w/(h*h))：

7、這是另一種基于身高和體重的體型計算方法。其中，t是體指數(shù)，w是體重(千克)，h是身高(米)。

8、根據(jù)體指數(shù)的值，可以判斷體重屬于何種類型：當(dāng)t<18時，為低體重；18≤t<25時，為正常體重；25≤t<27時，為超重體重；t≥27時，為肥胖。

9、與bmi指數(shù)相比，體指數(shù)法考慮了身高和體重的平方關(guān)系，可能在一些情況下更為準確。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供了一種人體三維重建的人體模型測量分型方法。

2、bmi指數(shù)法和體指數(shù)法都是基于身高和體重的簡單計算，雖然能夠初步判斷一個人的體型，但并不能完全準確地反映個人的體型和健康狀況。因此，在醫(yī)學(xué)評估中，還需要結(jié)合其他指標(如腰圍、體脂率、肌肉量等)進行綜合分析。通過進一步將人體體型劃分為h型、a型、t形、x型，

3、1)h型(直筒型)

4、特征：肩部、腰部、臀部幾乎在同一條直線上，腰圍和臀圍的差異較小，身體整體呈現(xiàn)直線形狀。

5、識別標準：

6、腰臀比(waist-hip?ratio,whr)接近1(通常為0.8-1.0)。

7、肩寬和臀寬差異不大，腰圍明顯不窄。

8、bmi指數(shù)可能在正常范圍，但體脂率可能偏高，尤其是內(nèi)臟脂肪。

9、2)a型(梨型)

10、特征：臀部和大腿區(qū)域較為豐滿，腰部相對較細，上半身較窄。脂肪主要分布在下半身。

11、識別標準：

12、腰臀比(whr)小于0.8。

13、臀圍明顯大于肩圍，腰圍較細。

14、體脂率偏高，特別是在下半身(如大腿、臀部區(qū)域)。

15、對女性更常見，常用腰臀比和腰圍/身高比(waist-height?ratio,whtr)來評估。

16、3)t型(倒三角型)

17、特征：肩部較寬，胸部較發(fā)達，腰部較窄，臀部較小。脂肪主要分布在上半身。

18、識別標準：

19、肩臀比(shoulder-hip?ratio)大于1。

20、上半身(特別是肩部和胸部)圍度明顯大于下半身(臀部和大腿)。

21、對男性更常見，通常伴隨著較低的體脂率和較高的肌肉量，特別是在上半身。

22、4)x型(沙漏型)

23、特征：肩部和臀部較寬，腰部明顯較細，呈現(xiàn)典型的“沙漏”形狀。

24、識別標準：

25、腰臀比(whr)通常在0.7左右。

26、腰圍明顯小于肩圍和臀圍。

27、體脂率中等或略高，脂肪分布均勻。

28、常見于女性，通常通過腰圍和臀圍的比值來判斷。

29、這些體型分類可以更準確的評估判斷人的體型，并且具有以下優(yōu)點：

30、1)診斷準確性提高：通過明確的體型分類，醫(yī)生可以更準確地判斷患者的體型特征，這有助于更精確地診斷與體型相關(guān)的健康問題。例如，h型身材可能更容易出現(xiàn)某些代謝性疾病，而a型身材可能與心血管疾病風(fēng)險增加有關(guān)。

31、2)個性化治療：不同的體型可能對藥物、治療方法和營養(yǎng)需求有不同的反應(yīng)。通過體型分類，醫(yī)生可以為患者制定更加個性化的治療方案，從而提高治療效果和患者的滿意度。

32、3)健康風(fēng)險評估：體型分類有助于醫(yī)生更準確地評估患者的健康風(fēng)險。例如，x型身材通常被認為是較為理想的體型，而a型身材可能與心血管疾病風(fēng)險增加有關(guān)。通過了解患者的體型，醫(yī)生可以更有針對性地進行健康風(fēng)險評估和預(yù)防措施的制定。

33、4)健康教育和預(yù)防：體型分類可以作為健康教育和預(yù)防策略的基礎(chǔ)。醫(yī)生可以根據(jù)不同體型的特點，為患者提供個性化的健康建議和預(yù)防建議，幫助患者建立更健康的生活方式和習(xí)慣。

34、5)促進研究：明確的體型分類有助于促進醫(yī)學(xué)研究的進展。通過對比不同體型之間的健康差異和生理特點，研究人員可以更深入地了解人體的生理機制和疾病的發(fā)生機制，為醫(yī)學(xué)發(fā)展做出更大的貢獻。

35、本發(fā)明使用三維掃描方式采集人體體型數(shù)據(jù)，三維重建出人體模型，利用高度還原的三維模型自動計算人體體型(h型、a型、t形、x型)。解決傳統(tǒng)體型計算方法不能完全反應(yīng)個人體型的問題，實現(xiàn)人體體型的快速分型。

36、1.數(shù)據(jù)采集

37、選擇合適的掃描設(shè)備：根據(jù)實際需要選擇合適的掃描設(shè)備。例如，如果需要表面掃描，可以選擇激光掃描儀或者結(jié)構(gòu)光掃描儀；如果需要體內(nèi)結(jié)構(gòu)，可以選擇ct掃描或mri。

38、數(shù)據(jù)采集：確保被測者相對靜止地放置在掃描設(shè)備中心，以便獲取準確的掃描數(shù)據(jù)。在采集過程中，可以根據(jù)需要對被測者進行不同角度或位置的掃描，以獲得更全面的數(shù)據(jù)。

39、2.數(shù)據(jù)預(yù)處理

40、去噪：通過濾波等方法去除掃描數(shù)據(jù)中的噪聲，以提高后續(xù)處理的準確性。

41、配準：如果使用多個掃描設(shè)備或多次掃描，需要將不同數(shù)據(jù)集進行配準，以確保它們在同一坐標系中。

42、數(shù)據(jù)修復(fù)：修復(fù)數(shù)據(jù)中的缺失或損壞部分，可以使用插值等方法進行數(shù)據(jù)修復(fù)。

43、3.重建模型

44、選擇重建算法：根據(jù)數(shù)據(jù)類型和需求選擇適當(dāng)?shù)闹亟ㄋ惴?。例如，對于點云數(shù)據(jù)，可以使用表面重建算法，如marching?cubes算法；對于體數(shù)據(jù)，可以使用體素化重建算法。

45、模型重建：使用選定的算法將預(yù)處理后的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成三維模型。這可能涉及到網(wǎng)格生成、曲面擬合、體素化等步驟。

46、點云數(shù)據(jù)是一種常用于三維掃描和感知設(shè)備生成的數(shù)據(jù)，通常不包含明確的連接關(guān)系。為了構(gòu)建三維模型，點云數(shù)據(jù)重建常用的流程是：

47、一、網(wǎng)格生成：對于點云數(shù)據(jù)或體數(shù)據(jù)，重建過程的核心是生成多邊形網(wǎng)格或三角面片。

48、使用marching?cubes算法，具體過程如下：

49、1.將三維空間劃分為一系列規(guī)則立方體(cube)，并將每個立方體的頂點標記為“內(nèi)”或“外”，取決于數(shù)據(jù)點所在的位置。

50、2.在每個立方體內(nèi)，通過查找邊界表來確定哪些頂點需要連接。

51、3.生成三角形面片，并連接形成網(wǎng)格。這些三角形面片最終將組成整個三維模型的表面。

52、二、曲面擬合：對于需要光滑曲面的數(shù)據(jù)，使用泊松重建算法。其基本過程是：

53、1.對點云計算梯度場和法向量。

54、2.通過全局擬合，將這些梯度場信息用于生成光滑曲面。

55、3.生成最終的三角形面片來表示模型表面。

56、4.模型分割(可選)

57、如果需要對特定部位進行表面積和體積的計算，可以進行模型分割。這可以通過手工分割或自動分割算法來完成。

58、1)手工分割

59、手工分割是依賴于人工操作的分割方法，通常由專業(yè)技術(shù)人員使用三維建模軟件(如blender、meshlab等)來進行。

60、步驟：

61、導(dǎo)入完整的三維模型到建模軟件中。

62、使用軟件中的“分割工具”手動選擇需要分割的區(qū)域(如選擇頭部、軀干、四肢等)。

63、將所選區(qū)域從整體模型中獨立出來，作為單獨的模型部分。

64、對每個子區(qū)域單獨進行表面積和體積計算。

65、2)自動分割算法

66、自動分割算法通過計算機程序根據(jù)特定的規(guī)則或條件來自動分割模型，減少人工操作，提高效率。常見的自動分割算法包括基于網(wǎng)格分割、基于體積分割、基于形態(tài)學(xué)分割等。

67、基于網(wǎng)格分割算法(mesh?segmentation)：

68、網(wǎng)格預(yù)處理：導(dǎo)入模型后，對其網(wǎng)格進行預(yù)處理，如去除冗余點、網(wǎng)格平滑等。

69、切割平面確定：根據(jù)模型的拓撲結(jié)構(gòu)，通過曲率變化、幾何特征等自動確定切割平面。例如，身體的關(guān)節(jié)處(肩、肘、膝)通常是自然的分割點。

70、區(qū)域分割：將模型按照切割平面分割為多個子區(qū)域，如頭部、軀干、四肢等。

71、數(shù)據(jù)提?。河嬎忝總€子區(qū)域的體積和表面積。

72、基于體積分割算法(voxel-based?segmentation)：

73、體素化：將模型體素化，轉(zhuǎn)換為由一系列規(guī)則的小立方體(體素)構(gòu)成的三維數(shù)據(jù)。

74、區(qū)域生長算法：通過選擇種子點，利用區(qū)域生長算法擴展到鄰近體素，形成分割區(qū)域。例如，可以從肩部或膝關(guān)節(jié)處開始區(qū)域生長。

75、分割完成：分割出不同的身體區(qū)域，接下來即可對每個區(qū)域進行表面積和體積的測量。

76、基于形態(tài)學(xué)分割算法：

77、邊緣檢測：通過模型的幾何輪廓(如表面的曲率)進行邊緣檢測，識別出模型的關(guān)鍵點，如肩部、腰部、膝蓋等。

78、形態(tài)學(xué)操作：使用膨脹、腐蝕等形態(tài)學(xué)操作對模型進行處理，清晰分割各個區(qū)域。

79、區(qū)域劃分：將模型分割為頭部、軀干、四肢等部分。

80、表面積和體積計算：使用專門的測量算法對每個區(qū)域進行進一步的表面積和體積計算。

81、5、身體關(guān)鍵數(shù)據(jù)測量，使用配套的模型測量工具，測量身體關(guān)鍵數(shù)據(jù)。

82、在模型分割之后，使用配套的測量工具對身體的關(guān)鍵數(shù)據(jù)(如表面積、體積、長度、圍度等)進行測量。常用的測量工具包括：

83、表面積和體積測量：

84、通過三維建模軟件中的內(nèi)置工具(如blender的“測量工具”插件)或編寫自定義腳本，對每個分割區(qū)域進行表面積和體積測量。

85、可以使用高斯-博內(nèi)公式來計算封閉曲面的表面積和體積，或通過積分法直接計算。

86、長度和圍度測量：

87、使用模型的幾何屬性，選擇關(guān)鍵點和線段，計算身體不同部分的長度和圍度。例如，可以測量從肩膀到手腕的長度，或者計算腰圍。

88、通過設(shè)置固定的測量路徑或使用算法沿曲面尋找最短路徑，計算精確的長度和圍度數(shù)據(jù)。

89、6.體型自動分型

90、使用聚類算法對提取的特征進行聚類分析。聚類算法包括k-means聚類、層次聚類、密度聚類。這些算法可以根據(jù)數(shù)據(jù)點之間的相似性將它們劃分為不同的簇或類別。在聚類過程中，需要選擇合適的聚類參數(shù)(如簇的數(shù)量、相似度度量方法等)以獲得最佳的聚類效果。對聚類結(jié)果進行評估，以確定分型的準確性和可靠性。此外，通過可視化技術(shù)(如散點圖、熱力圖等)展示聚類結(jié)果，以便更直觀地理解不同體型類型之間的差異。

91、1.h型(直筒型)

92、特征：肩部、腰部、臀部幾乎在同一條直線上，腰圍和臀圍的差異較小，身體整體呈現(xiàn)直線形狀。

93、識別標準：

94、腰臀比(waist-hip?ratio,whr)接近1(通常為0.8-1.0)。

95、肩寬和臀寬差異不大，腰圍明顯不窄。

96、bmi指數(shù)可能在正常范圍，但體脂率可能偏高，尤其是內(nèi)臟脂肪。

97、2.a型(梨型)

98、特征：臀部和大腿區(qū)域較為豐滿，腰部相對較細，上半身較窄。脂肪主要分布在下半身。

99、識別標準：

100、腰臀比(whr)小于0.8。

101、臀圍明顯大于肩圍，腰圍較細。

102、體脂率偏高，特別是在下半身(如大腿、臀部區(qū)域)。

103、對女性更常見，常用腰臀比和腰圍/身高比(waist-height?ratio,whtr)來評估。

104、3.t型(倒三角型)

105、特征：肩部較寬，胸部較發(fā)達，腰部較窄，臀部較小。脂肪主要分布在上半身。

106、識別標準：

107、肩臀比(shoulder-hip?ratio)大于1。

108、上半身(特別是肩部和胸部)圍度明顯大于下半身(臀部和大腿)。

109、對男性更常見，通常伴隨著較低的體脂率和較高的肌肉量，特別是在上半身。

110、4.x型(沙漏型)

111、特征：肩部和臀部較寬，腰部明顯較細，呈現(xiàn)典型的“沙漏”形狀。

112、識別標準：

113、腰臀比(whr)通常在0.7左右。

114、腰圍明顯小于肩圍和臀圍。

115、體脂率中等或略高，脂肪分布均勻。

116、常見于女性，通常通過腰圍和臀圍的比值來判斷。

117、7.可視化展示

118、使用三維渲染技術(shù)將計算結(jié)果進行可視化展示，以便更直觀地理解和分享結(jié)果?？梢允褂萌S渲染軟件或庫將模型表面積和體積的分布情況展示出來，生成可視化報告或動畫。

119、一種存儲軟件的計算機可讀介質(zhì)，所述軟件包括能通過一個或多個計算機執(zhí)行的指令，所述指令通過這樣的執(zhí)行使得所述一個或多個計算機執(zhí)行操作，所述操作包括上述系統(tǒng)的流程。

120、一種計算機系統(tǒng)包括：

121、一個或多個處理器；

122、存儲器，存儲可被操作的指令，所述指令在通過所述一個或多個處理器執(zhí)行時使得所述一個或多個處理器執(zhí)行操作，所述操作包括上述系統(tǒng)的流程。

123、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于：

124、1.高精度和高效率：三維掃描技術(shù)能在極短的時間內(nèi)獲取大量點云數(shù)據(jù)，形成高度逼真的三維模型，其數(shù)據(jù)采集精度高，能夠捕捉到物體的細微特征。這大大提高了數(shù)據(jù)獲取的效率，同時保證了數(shù)據(jù)的準確性，為后續(xù)的體型分型提供了堅實的基礎(chǔ)。

125、2.非接觸式測量：三維掃描技術(shù)采用非接觸式測量方式，無需與目標物體進行物理接觸，因此可以在不損傷或污染物體的前提下進行測量。這避免了人為因素導(dǎo)致的誤差，提高了測量的準確性和可靠性。

126、3.適用性強：三維掃描技術(shù)可以在各種環(huán)境條件下工作，包括室內(nèi)、室外、無光環(huán)境等，這使得它在多個領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。在人體體型分型中，這種適應(yīng)性強的特點使得該技術(shù)能夠應(yīng)對各種復(fù)雜環(huán)境，確保數(shù)據(jù)采集的順利進行。

127、4.直觀性與成果多樣性：采集的點云數(shù)據(jù)不僅包含空間信息，還具有顏色信息和反射率值，能夠真實再現(xiàn)物體場景。在人體體型分型中，這些豐富的信息可以幫助我們更全面地了解人體的形態(tài)結(jié)構(gòu)，提高分型的準確性。同時，一次測量可以輸出多種成果，無需反復(fù)測量，提高了工作效率。

128、5.自動化程度高：通過結(jié)合先進的計算機視覺和機器學(xué)習(xí)算法，可以實現(xiàn)對三維掃描數(shù)據(jù)的自動處理和分析，從而自動進行人體體型分型。這種高度自動化的處理方式大大減少了人工干預(yù)的需要，提高了分型的效率和準確性。

129、6.個性化服務(wù)：基于三維掃描數(shù)據(jù)進行的人體體型分型可以根據(jù)個人的具體形態(tài)結(jié)構(gòu)提供個性化的服務(wù)。例如，在服裝行業(yè)中，可以根據(jù)不同體型的人定制合適的服裝；在健身行業(yè)中，可以為不同體型的人提供個性化的健身計劃和建議。