运动估计的研究对象主要分为刚性物体、连接刚体和非刚性物体等。计算机视觉中的运动分析研究均主要集中在对刚体运动的研究，且学者们已取得了一系列的成果，并建立了较为完善的理论框架，但是，在现实世界中大多是非刚体运动。　　 弹性连接刚体是连接刚体和非刚体的结合，人体是一种典型的弹性连接刚体。与刚体运动分析相比，非刚体和弹性连接刚体运动分析则尚处于十分稚嫩的阶段。　　 近十年来，基于视觉的人体三维建模和运动分析是计算机视觉和图像学领域的一个研究热点，其内容是研究如何从运动人体的图像序列中获取人体的三维形状、大小、结构、纹理等信息，并结合图形学的方法进行三维建模，然后进行基于模型的人体三维姿态估计、三维运动分析、跟踪和理解。该研究项目在虚拟现实、三维动画游戏、高级人机交互、安全监控、视频会议、医疗诊断、体育训练、人体生物特征识别以及基于内容的图像存储与检索等方面具有广泛的应用前景及潜在的经济价值。　　 在过去的十几年中，非刚性的人体建模已经取得了一些成绩。国内外学者采用了基于解剖学的方法、基于有限元的方法(FEM)、元球隐式曲面、超二次椭球体、B样条曲面、NURBS曲面等方法建立非刚性人体模型。除此之外，还可以用blobby分子、软体、卷积曲面等各种隐式曲面进行人体建模。　　 根据目前弹性连接刚体(人体)的研究现状和特点，本论文对人体三维建模和运动估计进行了研究工作，主要研究内容与研究成果如下：　　 1.提出了一种新的旋转圆锥曲面人肢体三维建模方法。人体模型分为两层：骨架层和皮肤层。骨架层代表了人体的骨架结构，它由十五个关节点和连接这些关节点的线段组成。皮肤层采用一种可变参数旋转圆锥曲面表示，此曲面附在骨架上并与人体轮廓一致。每个肢体仅须调整一个或者两个变形参数就能反映出皮肤的变形。　　 2.采用图象标记点的人肢体三维建模及其变形参数求解算法。每个人肢体皮肤表面只需要三个标记点就可以求出旋转圆锥曲面的方程和确定其变形参数。把每个肢体上的三个标记点的三维坐标带入旋转圆锥曲面方程求出方程的系数和变形参数。　　 3.采用图象轮廓的人肢体三维建模及其变形参数求解算法。在图象平面上，使用边缘提取的方法提取人肢体边缘轮廓；采用二维圆锥曲线拟合各个肢体的边缘轮廓，求出变形参数；采用圆锥曲线立体视觉方法求出二维圆锥曲线对应的空间三维圆锥曲线；把空间三维圆锥曲线绕骨架直线旋转形成旋转圆锥曲面。求得的旋转圆锥曲面就代表了人肢体的皮肤。　　 4.采用体积不变性的人肢体三维建模及其变形参数求解算法。尽管肌肉的形状会不时的变化，但每个肢体总体积是不会突然地增加和减少而应该保持不变，因此通过保持每个肢体变形曲面的体积不变来求出每个肢体的变形参数。在第一时刻，求出各个肢体的变形参数和各个三维旋转圆锥曲面的体积；在后面的时刻，根据第一时刻求得的各个肢体三维旋转圆锥曲面的体积求出各个肢体的变形参数。　　 5.制作了虚拟人模型，模型包括了脸部、颈部、手部、脚部、躯干、手臂、腿等部分。并根据人运动的图象求出对应的虚拟人模型姿势。　　 6.进行了基于骨架的人肢体三维运动参数估计。采用中轴变换的方法求出人肢体的骨架直线并把与标记点对应的骨架上的点作为运动估计的特征点。每个肢体骨架上只需要两个特征点就能估计出肢体的运动参数。　　 7.进行了基于模型的人肢体三维运动参数估计。在图象平面上，一个肢体在两个时刻因位置不同可以拟合出两条二维圆锥曲线；采用圆锥曲线立体视觉方法求出拟合出的二维圆锥曲线对应的空间三维圆锥曲线；根据两个时刻的两条空间三维圆锥曲线求出肢体的运动参数。