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SMPL Model转换为bvh格式 (SMPL to BVH ) Python

article 2024/12/24 11:28:35

BVH

BVH是BioVision等设备对人体运动进行捕获后产生文件格式的文件扩展名。

BVH文件

BVH文件包含角色的骨骼和肢体关节旋转数据。
BVH 是一种通用的人体特征动画文件格式，广泛地被当今流行的各种动画制作软件支持。
通常可从记录人类行为运动的运动捕获硬件获得。

BVH捕获信息

在这里插入图片描述

图中用节点表示关节, 连线表示驱干, 身体的各个部分形成了子树的形式。

BVH文件的第一部分定义了关节树和每个关节点的名称、通道数目、关节与关节之间的相对位置, 即定义了人体各部分的骨骼长度。
由于人体存在的差异, 可以通过改变相对位置的数值来区别不同年龄、不同身材比例的人。
对于每一个关节, 都有三个旋转参数( 相对于X、Y、Z 轴的旋转角度) 来描述运动信息。
Hips 关节点作为整个人体的根关节点还含有三维空间位置参数, 从而完成了对人体运动情况的完整描述。
BVH 文件的第二部分记录了运动的数据, 定义了动作数据持续的长度( 即帧数) 以及每帧之间的时间间隔。
按照第一部分定义的关节顺序提供每帧数据, 记录了每一帧中各个关节节点的位置信息和旋转信息。

3D人体模型通过建立相对应的骨骼节点，读取BVH空间数据，即可再现动作捕捉时演员所进行的动作，实现各类3D电影动画中的动漫人物逼真动作。

在最新的BVH动作捕捉设备中，甚至将节点具体到演员脸部的表情，以完成像《阿凡达》中出现的精致制作的虚拟CG人物。

pyrender lib

Pyrender是一个用于渲染三维模型的Python库，它基于OpenGL和CUDA实现，可以处理大规模的三维模型数据并在实时性能下进行渲染。
该库具有很强的可扩展性和易用性，可以通过简单的Python代码实现复杂的三维渲染场景。
Pyrender除了支持常规的几何图形和纹理映射外，还支持多种光源和阴影效果，以及灯光和相机的控制，使得渲染结果更加真实。
此外，该库还提供了与深度学习框架（如TensorFlow和PyTorch）结合使用的接口，可以将渲染结果作为模型输入或输出。

trimesh lib

trimesh是一个用于处理3D网格模型的Python库，可以读取多种3D模型文件格式（如STL,PLY,OFF等），并提供各种几何算法和模型操作。

它包含了许多有用的功能，如:

模型的几何计算（如表面积、体积、表面法线等）、
模型的可视化、模型的操作（如平移、旋转、缩放）和模型的裁剪、镶嵌和简化等。

除此之外，trimesh还支持许多3D图形库，如PyOpenGL和Open3D，从而使得3D建模和可视化变得非常方便。

SMPL ===> bvh format

使用 pyrender 和trimesh lib 将smpl model 转换为bvh format。

首先安装pyrender和trimesh库

pip install pyrender trimesh

转换

import trimesh
import pyrender

# Load SMPL model
mesh = trimesh.load('path/to/smpl/model.obj')

# Create pyrender scene
scene = pyrender.Scene()
mesh_node = pyrender.Mesh.from_trimesh(mesh)
scene.add(mesh_node)

# Create camera
camera = pyrender.PerspectiveCamera(yfov=fov, aspectRatio=width/height)
scene.add(camera, pose=camera_pose)

# Create light
light = pyrender.PointLight(color=[1.0, 1.0, 1.0], intensity=2.0)
scene.add(light, pose=light_pose)

# Render animation frames
frames = []
for i in range(num_frames):
    # Calculate SMPL pose for current frame
    pose = calc_pose(i)

    # Update mesh with current pose
    mesh.vertices = calc_vertices(pose)
    mesh_node.set_mesh(mesh)

    # Render scene with current pose
    img, depth = renderer.render(scene)

    # Add frame to animation frames
    frames.append((img, depth))

# Save animation as bvh file
trimesh.animation.Animation(
    frames, fps=fps, use_quaternion=True
).export('path/to/animation.bvh')