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

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

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。

1. 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。
2. 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')

• 使用trimesh.load()方法加载SMPL模型，
• 使用pyrender创建场景，并添加相机、灯光和SMPL模型。
• 然后，在循环中依次计算每一帧的SMPL姿势、更新模型并渲染场景。
• 最后，使用trimesh.animation.Animation()方法将所有帧保存为bvh文件。