面向数控加工的人像产品三维建模关键技术研究及应用

摘要

随着数控加工技术和计算机技术的发展，一类与人像相关的个性化定制人像工艺品应运而生，并逐渐形成一个巨大的新兴产业，如三维雕像、真人芭比和真人浮雕。传统的人像工艺品主要通过手工制作，这种手工制作的产品和真人的相似度极大依赖于制作者的美术功底和制作经验，难以形成大的产业。
　　个性化定制人像工艺品的重点在于面部特征的建模。目前人像工艺品面部特征建模最重要的手段是利用二维图片重构人像三维模型，已广泛用于人物动画、影视广告、游戏制作等虚拟场景中，所建立的模型主要是一种利用纹理映射技术得到的低精度视觉模型，不能直接用于产品加工制造。人像工艺品制造中的人脸几何模型是面向数控编程和数控加工的，精细度要求较高，重建后的三维人脸模型必须能够在几何形状上反映出人脸特征。本文主要研究如何利用两张正、侧面正交图片高效率地建立面向数控加工的人脸模型及其在个性化定制人像工艺品中的应用，为形成一种新的产业提供理论方法和技术支持。研究内容主要包括以下几个方面：
　　研究了基于图片的人脸特征点交互式提取方法。首先参照MPEG-4标准的FDP人脸定义参数选取了正面二维关键特征点集和侧面二维关键特征点集。然后通过特征点集整体移动和单个特征点微调的交互式方法分别从正、侧面人脸图片中提取二维特征点。最后从正、侧面二维特征点匹配三维人脸特征点。
　　研究了基于图片特征点和位移加权的三维平均人脸的个性化变形方法。在图片特征点的基础上，将三维人脸和二维图像进行匹配，并根据图片特征点对三维平均人脸进行特征点变形。最后，利用特征点位移的线性加权对非特征点进行插值变形，获得光滑的特定三维人脸。另外，还对三维人脸模型交互式编辑的方法作了初步的探索。
　　针对本文提出的图片特征提取方法和三维平均人脸个性化变形算法，在VC++6.0平台和OpenGL图形库的基础上开发了一套应用原型系统。
　　最后，将上述方法和开发的系统应用到人像工艺品建模中，给出了数控加工与手工制作一体化的人像工艺品应用案例。案例结果表明，本文方法与传统的手工制作方法相比效率更高，人像工艺品和图片的相似度更高。

目录

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目录

1 绪 论

1.1 研究背景及意义

1.2 研究现状分析

1.3 本文技术路线和研究内容

1.4 本文组织结构

2 基于图片的人脸特征点交互式提取方法

2.1 本章概述

2.2 图片预处理

2.3 特征点的的分析与选取

2.4 交互式特征点提取方法

2.5 本章小结

3 基于特征点和位移加权的三维平均人脸个性化变形方法

3.1 本章概述

3.2 三维平均人脸模型的建立

3.3 三维平均人脸与图像的匹配

3.4 三维平均人脸的个性化变形

3.5 三维人脸模型的交互式修改

3.6 本章小结

4 应用原型系统开发

4.1 系统概述

4.2 三维人脸模型的导入和存储

4.3 基于图片的人脸特征点交互式提取

4.4 三维平均人脸的个性化变形

4.5 本章小结

5 应用案例

5.1 面向数控加工的人脸建模

5.2 数控加工

5.3 工艺品身体制作和后处理

5.4 与传统手工制作方法的对比

5.5 本章小结

6 结 论

致谢

参考文献

附 录