基于Mediapipe与Unity的人体姿态捕捉系统

• 1. 工程整体介绍
• 2. 基于Mediapipe的人体姿态估计
• • 2.1 环境搭建
  • 2.2 代码片段
  • 2.3 结果展示
  • 2.4 结果分析
  • 2.5 本章总结
• 3. 基于Unity的人体姿态展示
• • 3.1 Unity 人体骨骼动画
  • 3.2 Mediapipe坐标到Unity的映射
• 4. 从Mediapipe到Unity的数据传递
• • 4.1 使用Python发送数据
  • 4.2 使用C#接收数据
• 5. 成果展示
• 6. 后续展望
• 7.联系方式

1. 工程整体介绍

整个工程主要分成三部分：1.基于Mediapipe的人体姿态估计；2.基于Unity的人体姿态展示；3.从Mediapipe到Unity的通讯，即Mediapipe估计的姿态如何实时传递给Unity。

2. 基于Mediapipe的人体姿态估计

姿态估计部分，使用opencv进行人体采集，然后调用Mediapipe对读取的每一帧图像进行姿态估计。

2.1 环境搭建

版本要求：python >= 3.7

 pip install mediapipe
 pip install opencv-python
 pip install opencv-contrib-python

参考官方文档：
链接: https://google.github.io/mediapipe/solutions/pose.

2.2 代码片段

博主假设你已经掌握了最基础的python语法

import cv2
import mediapipe as mp
import numpy as np

def Pose_Images():
    #使用算法包进行姿态估计时设置的参数
    mp_pose = mp.solutions.pose
    with mp_pose.Pose(
        min_detection_confidence=0.5,
        min_tracking_confidence=0.8) as pose:
      #打开摄像头
      cap = cv2.VideoCapture(0)
      while(True):
        #读取摄像头图像
        hx, image = cap.read() 
        if hx is False:
            print('read video error')
            exit(0)
        image.flags.writeable = False
        # Convert the BGR image to RGB before processing.
        # 姿态估计
        results = pose.process(cv2.cvtColor(image, cv2.COLOR_BGR2RGB))
        print(results.pose_landmarks)
        cv2.imshow('image', image)

        if cv2.waitKey(10) & 0xFF == ord('q'):       # 按q退出
          break
      cap.release()


if __name__ == '__main__':
    Pose_Images()

2.3 结果展示

在你的控制台可以看到一个一个点的输出，如下，那么姿态估计就完成了第一步。

landmark {
  x: 0.7439931035041809
  y: 3.0562074184417725
  z: -0.25115278363227844
  visibility: 0.00022187501599546522
}
landmark {
  x: 0.5690034627914429
  y: 3.0262765884399414
  z: -0.44416818022727966
  visibility: 0.00034665243583731353
}
......

2.4 结果分析

下面我们来分析一下这些点的坐标到底代表了什么。
每一张图片都会产生一组坐标，每组坐标包含32个坐标点。

每个地标包括以下内容：

• x和y：通过图像宽度和高度分别归一化为[0.0, 1.0]，通俗点说是，真实的x,y坐标，分别除以图像的宽度跟高度。
• z: 代表坐标的深度，臀部中点的深度为原点，数值越小，地标就越靠近摄像机。z的大小使用与x大致相同的比例。
• visibility：一个[0.0, 1.0]的值，表示坐标在图像中可见（存在且不被遮挡）的可能性。

2.5 本章总结

我们通过使用opencv库，打开摄像头采集照片，将照片传递给Mediapipe进行姿态坐标估计，后续我们将坐标放到Unity中进行展示就可以了。

3. 基于Unity的人体姿态展示

博主假设你已经掌握了unity的基础知识。

3.1 Unity 人体骨骼动画

我们可以从Unity商店中或者在此网站https://www.mixamo.com选择任意一个3D的人物模型导入到工程中。

3.2 Mediapipe坐标到Unity的映射

具体转换细节会专门写一篇文件来解释，数据是驱动骨骼运动的。整体的实现参考了开源的解决方案。
参考：
https://github.com/digital-standard/ThreeDPoseTracker
VNectModel.cs 文件实现了从预测坐标到Unity骨骼坐标的转换。

4. 从Mediapipe到Unity的数据传递

姿态预测跟unity的姿态展示毕竟属于不同的进程，对于进程之间的通讯有不同的实现方式。本文选择网络通讯中的UDP通讯，因为UDP通讯具有延迟小的特点，同时我们对于数据的丢失存在一定的容忍性。

4.1 使用Python发送数据

#代码片段示例：
json_data = json.dumps(pose_data)
udp_socket = socket.socket(socket.AF_INET, socket.SOCK_DGRAM)
dest_addr = ('127.0.0.1', 5052)
text = json_data.encode('utf-8')
udp_socket.sendto(text, dest_addr)

4.2 使用C#接收数据

此代码片段借鉴了此博主的文章(如有侵权，联系删除)。
Link

using System.Collections;
using System.Collections.Generic;
using UnityEngine;
using System;
using System.Text;
using System.Net;
using System.Net.Sockets;
using System.Threading;

public class UDPRecive : MonoBehaviour
{
    Thread receiveThread;
    UdpClient client; 
    public int port = 5052;
    public bool startRecieving = true;
    public string data;
    // Start is called before the first frame update
    void Start()
    {
        receiveThread = new Thread(
            new ThreadStart(ReceiveData));
        receiveThread.IsBackground = true;
        receiveThread.Start();
        
    }

    // Update is called once per frame
    void Update()
    {
        
    }
    
    private void ReceiveData()
    {
        client = new UdpClient(port);
        while (startRecieving)
        {
             Debug.Log("startRecieving");
            try
            {
                IPEndPoint anyIP = new IPEndPoint(IPAddress.Any, 0);
                byte[] dataByte = client.Receive(ref anyIP);
                data = Encoding.UTF8.GetString(dataByte);
                Debug.Log(data);
            }
            catch (Exception err)
            {
                print(err.ToString());
            }
        }
    }
}

5. 成果展示

从姿态预测到3D展示就完成了，那么我们来看一下效果吧。

11月25日

6. 后续展望

后续会根据需求，出一个对全部代码的讲解，可以帮助读者一步步实现自己的工程。
欢迎提出意见或建议。

7.联系方式

欢迎私信加我。