一种基于NURBS曲面片光顺连接的人脸建模技术研究

摘要

二十世纪七十年代以来，人脸建模技术一直是计算机图形学领域中非常活跃的研究课题之一。真实感人脸合成可应用于电影制作、视频会议、计算机游戏、面部外科手术、计算机辅助教学、认知科学等许多领域。本文先对国内外现有的人脸建模与动画技术和方法进行了简述，在比较现有人脸建模与动画所采用的方法基础之上，针对人脸建模与动画中一些关键性问题如：曲面的三角形剖分，NURBS曲面连接等问题，进行了深入的研究，提出了自己的解决方法，并设计实现了人脸建模与动画的原型系统。本文的主要工作包括： 1) 从离散数值点到曲面的生成。 这是本文的研究重点之一。从各种工具得到的数据点一般并没有各个点之间的连接关系，或者只有简单的连接关系，因此需要对其进行再处理，生成各个点之间的连线，进而生成细分面。本文提出了一个由离散点生成线，再由线构成三角形面的近点排斥算法，可以基本解决由离散三维数据点生成连线，进而生成细分曲面的问题。 2)人脸模型复杂曲面的分割。 如果要使用OpenGL来绘制NURBS曲面表示，其对控制点数据的要求必须是标准的N×M的矩阵，所以必须对原曲面进行分割，并使它成为整齐的N×M矩阵。本文进行了简单的讨论。 3)NURBS曲面的连接。 这也是本文的研究重点之一。虽然NURBS曲面已经经过了很多透彻的研究，并有着很多其它曲面表示方法不可比拟的优点，但它还是有一个很多难以解决的问题，其中NURBS曲面的连接便是其中最大的问题之一。在借鉴前人研究成果，以及深入理解NURBS曲面的数学理论之后，本文提出了一个解决方法，比较根本的解决了此问题，并使用OpenGL进行了实现。 4)有限元思想指导下的点线面系统。 本文简单介绍了有限元的概念，简单讨论有限元分析和人脸建模之间的共性，在对有限元思想进行借鉴和简化和的基础上，构建一个简单的人脸受力模型，用来对人脸的运动变化进行分析。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1．1课题研究背景

1．2研究上的困难及主要涉及技术

1．3国内外主要的人脸建模与动画系统

1．3．1人脸模型的构造

1．3．2人脸动画的控制

1．4国内外主要的人脸建模与动画系统

1．4本文的主要研究内容

第二章 相关研究工作介绍

2．1B样条与NURBS

2．1．1B样条曲线的定义及其性质

2．1．2B样条曲面的定义及其性质

2．1．3NURBS曲线的定义及其性质

2．1．4NURBS曲面的定义及其性质

第三章 OpenGl介绍和从3DS文件输入数据

3．1什么是OpenGL

3．2使用GLU的NURBS工具

3．3OpenGL小结

3．53ds文件介绍

第四章 从无关联点集到NURBS矩阵面

4．1三角形剖分

4．1．1直接剖分算法

4．1．2近点排斥算法

4．1．3试验结果

4．2曲面的划分和矩阵曲面片的合成

4．2．1边缘检测

4．2．2曲面切分的原则

4．2．3曲面片的连接

第五章 NURBS曲面控制点反算和拼接算法

5．1NURBS曲面的控制点反算

5．2增点求同NURBS曲面连接算法

5．2．1NURBS曲面的边和控制点

5．2．1NURBS曲面和B样条多项式基函数的关系

5．2．2NURBS曲面的连接

5．2．3增点连接算法

5．2．4算法分析及实验结果

5．2．5与蒙面法的比较

第六章 基于有限元思想的动画控制

6．1有限元简介

6．2有限元分析法与人脸建模之间的共性：

第七章 总结与展望

7．1全文总结

7．2展望

致谢

附录

攻读学位期间发表的学术论文

参考文献