基于二维正交图像的三维人头建模方法研究

摘要

随着计算机图形学的发展，虚拟现实技术逐渐成为研究的热点和焦点。作为虚拟现实技术的重要组成部分，三维人脸建模有着越来越广泛的应用。目前该技术被广泛应用于影视制作、游戏娱乐、医疗诊断、文化传播、辅助教学、刑事鉴别、远程会议及可视电话等各个领域。 就目前来说，人脸建模的研究已取得了一些突破性的进展，而对整个三维人头的建模研究却相对较少。本文在三维人脸建模的基础上，通过改进Candide-3人脸模型，进行基于二维正交图像的三维人头建模的研究。建模过程主要分为四步。第一步，通过摄像器材(如照相机，摄像机)取得人头的正交二维图像并进行预处理；第二步，导入改进后的一般人头模型；第三步，变形匹配模型为特定人头模型；第四步，通过柱面投影技术映射纹理。 本文主要的研究工作包括： (1)首先，深入研究Candide-3一般人脸模型，分析Candide-3人脸模型中的每个网格结点及三角面片的位置分布，对该模型进行改进。改进后的Candide-3模型能够覆盖整个人头的侧面及后脑，甚至牙齿的部分，从而能够用于三维人头的建模而不仅仅是人脸建模。其次，深入研究Candide-3模型中关于形状单元(Shape Unit)的定义，用于实现从一般人头模型到特定人头模型的交互匹配。 (2)针对改进的Candide-3模型初始结点及面片数量较少、模型不够细腻的问题，提出了一种迭代的三角分块插值算法。该算法应用于对模型的三角面片进行插值剖分，从而提高模型的细腻程度，改善显示效果。 (3)研究了基于n*n低通滤波的迭代加深融合算法。该算法用于无缝纹理拼接图的生成，并通过柱面投影技术实现纹理映射。 本文的创新之处主要在于通过两张二维正交人头图像以及改进的Candide-3模型来进行三维人头的建模。实验结果表明，本文提出的建模方法能够建立具有相当真实感的三维人头模型，取得了较为满意的结果。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1选题背景

1.2研究意义及应用领域

1.3国内外研究现状

1.4本文研究的目标及内容

1.5论文章节安排

第二章一般标准化三维人脸模型

2.1人体头部生理结构

2.2常用标准化三维人脸模型概述

2.3 Candide人脸网格模型

2.3.1 Candide人脸网格模型的发展

2.3.2改进的Candide-3网格模型

2.4本章小结

第三章特定三维人头网格模型的生成

3.1人体头部特征点提取

3.1.1立体视觉理论

3.1.2三维信息重建

3.2建立人头网格

3.2.1正侧面人头图像的预处理

3.2.2模型全局变换

3.2.3基于形状单元(Shape Unit)的局部匹配

3.2.4模型分区域精确匹配

3.3模型插值优化

3.4本章小结

第四章纹理映射

4.1简单纹理拼接

4.2纹理图融合

4.2.1图像金字塔

4.2.2基于n*n低通滤波的迭代加深融合算法

4.3柱面投影

4.4本章小结

第五章人头建模原型系统设计与实现

5.1开发与运行环境

5.2系统功能设计

5.3系统实现及实验结果

5.3.1网格模型建立

5.3.2纹理图的生成及映射

5.4本章小结

第六章总结与展望

6.1总结

6.2展望

参考文献

硕士阶段参加的科研项目和发表的论文

致谢