基于图像处理的人脸卡通动画系统设计

摘要

利用计算机进行人脸造型、建立人脸表情动画以及对人脸肖像进行夸张处理是当前的一项热门研究课题，其技术和产品有着广阔的应用前景和巨大的经济效益。例如，远程教学、影视娱乐、电子游戏以及可视电话等都可能用到该项技术。从当前国内外有关该课题的研究情况分析，由于人脸表情的复杂性，人脸结构的特殊性，至今仍然存有许多问题需要深入的研究和讨论。
　　 目前人脸表情动画的技术和人脸变形的技术分别已有许多的研究方法，因此本文一方面分析和总结了前人关于人脸表情动画的研究方法与人脸变形技术的研究方法;另一方面在前面的分析基础上，研究了人脸表情特征，选择一种合适的人脸表情动画方法和人脸变形技术的方法，将二者结合在一起，设计一个可以实现人脸卡通动画效果的系统。
　　 在人脸卡通动画系统设计中，本文首先基于单张的正面的人脸图片进行分析，利用统计学的方法ASM(Active Shape Model)对人脸的特征点进行统计，对特定的人脸进行定位，来实现人脸关键部位的匹配。然后结合弹性形变原理，将人脸视为一个弹性几何体，研究了人脸表情动画的生成算法，并在已有的人脸表情运动之眼睛的运动和嘴巴的运动基础上，提出了一个基于弹性形变原理的眉毛运动算法。这样，再通过表情单元数据来驱动人脸表情中最关键的三个部位：眼睛、嘴巴和眉毛，将这三个关键部位的不同形态组合在一起，实现人脸不同表情的表达。最后，基于图像的映射算法，对人脸进行夸张变形处理，生成具有幽默的、夸张效果的人脸头像。
　　 该系统的最大特征是将人脸表情中的眼睛、嘴巴和眉毛三个部位分别作为一个独立的单元，通过表情驱动单元数据的不同组合实现人脸动画效果，这样不仅可以实现多种表情的表达，而且大大减少了数据的存储量，降低系统的成本费用。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章 绪论

1.1研究背景及意义

1.2应用领域

1.3国内外发展现状

1.3.1人脸动画

1.3.2人脸变形

1.4主要工作

1.5内容安排

第2章 人脸卡通动画系统设计

2.1人脸卡通动画系统原理

2.2人脸卡通动画系统各模块的功能

2.3人脸表情驱动单元

第3章 人脸特征的定位

3.1基于ASM方法的人脸特征定位

3.1.1形状建模

3.1.2 ASM的局部纹理建模

3.1.3 ASM目标搜索过程

3.2改进的ASM方法实现人脸特征的定位

3.3本章小结

第4章 人脸的表情动画

4.1人脸动画方法的选择

4.2基于物理模型的人脸建模

4.2.1弹性形变原理

4.2.2人脸表情建模

4.3人脸动画之“眼睛眨动”、“嘴巴闭合”和“眉毛运动”

4.3.1人脸动画之“眼睛眨动”

4.3.2人脸运动之“嘴巴闭合”

4.3.3人脸运动之“眉毛运动”

4.4本章小结

第5章 人脸肖像的卡通化

5.1提出问题

5.2图像的变形技术

5.3基于映射方法的人脸卡通化

5.3.1图像映射方法的基本思路

5.3.2图像映射方法的算法描述

第6章 总结与展望

6.1本文的工作总结

6.2未来工作的展望

参考文献

致谢

研究生履历