Symbiotic Graph Neural Networks for 3D Skeleton-based Human Action Recognition and Motion Prediction

计算机科学 人工智能 动作识别 模式识别(心理学) 图形 人工神经网络 卷积神经网络 深度学习 骨架(计算机编程) 计算机视觉 运动(物理)
作者
Maosen Li,Siheng Chen,Xu Chen,Ya Zhang,Yanfeng Wang,Qi Tian
出处
期刊:IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence [IEEE Computer Society]
卷期号:: 1-1 被引量:32
标识
DOI:10.1109/tpami.2021.3053765
摘要

3D skeleton-based action recognition and motion prediction are two essential problems of human activity understanding. In many previous works: 1) they studied two tasks separately, neglecting internal correlations; 2) they did not capture sufficient relations inside the body. To address these issues, we propose a symbiotic model to handle two tasks jointly; and we propose two scales of graphs to explicitly capture relations among body-joints and body-parts. Together, we propose symbiotic graph neural networks, which contain a backbone, an action-recognition head, and a motion-prediction head. Two heads are trained jointly and enhance each other. For the backbone, we propose multi-branch multiscale graph convolution networks to extract spatial and temporal features. The multiscale graph convolution networks are based on joint-scale and part-scale graphs. The joint-scale graphs contain actional graphs, capturing action-based relations, and structural graphs, capturing physical constraints. The part-scale graphs integrate body-joints to form specific parts, representing high-level relations. Moreover, dual bone-based graphs and networks are proposed to learn complementary features. We conduct extensive experiments for skeleton-based action recognition and motion prediction with four datasets, NTU-RGB+D, Kinetics, Human3.6M, and CMU Mocap. Experiments show that our symbiotic graph neural networks achieve better performances on both tasks compared to the state-of-the-art methods.
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