基于网格人脸模型的局部器官真实感建模方法研究与实现

摘要

真实感三维人脸重建技术是计算机图形学领域研究的热点。本文针对基于网格模型的人脸真实感重建方法，分析了面部三维网格简化方法及局部器官特征的定位、人眼模型及运动控制和头发生成等关键技术，实现了基于网格模型的三维人脸真实感建模系统，具有重要的理论意义和实际应用价值。主要研究工作如下：
　　 (1)采用基于折叠的网格简化算法简化复原的头部模型，达到了减少网格顶点和三角形面片的目的。应用基于模板的器官匹配法，实现了眼睛区域的快速定位。
　　 (2)提出了一种改进的基于球体运动的真实感眼睛模拟方法，分别将人眼眼球和眼皮用球体和抛物线近似，其运动通过眼球和眼皮上的特征点控制，实现了三维人眼的建模和运动的控制。
　　 (3)提出了一种基于广义圆柱体的头发股生成算法，将头皮划分为若干个小正方形，分别以每个正方形的中心为头发股生长点构造广义圆柱体，使用该圆柱体逐个地对头发股进行模拟，从而生成逼真的头发模型。
　　 (4)提出了一种改进的基于NURBS曲面的整体头发生成算法，该算法采用NURBS参数曲面模拟整体头发，通过曲面上的特征点控制发型，使用alpha映射完成渲染，实现了具有真实感的三维头发快速生成。
　　 (5)结合真实感处理的实际需要，以Visual C++6.0和OpenGL为工具，设计并实现了三维人脸眼睛头发真实感建模系统，并验证实现了本文所涉及的相关真实感处理算法。
　　 本研究得到国家自然科学基金重点项目“颅面形态学和颅面重构的研究”(60736008)的支持。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1课题背景与意义

1.2国内外研究现状

1.2.1真实感三维人脸建模

1.2.2局部器官精细化处理

1.3本文研究内容

1.4本文章节安排

第二章头部模型的简化及眼睛特征定位

2.1头部原始模型简化

2.1.1头部的简化模型

2.1.2简化原则和误差度量

2.1.3基于折叠的网格简化

2.2头部模型眼睛特征定位

2.2.1定义器官模板

2.2.2曲线拟合获取眼睛区域特征

2.3本章小结

第三章真实感三维人眼模型及运动控制

3.1人眼生理结构

3.2真实感三维人眼模拟

3.2.1脸部特征点定义

3.2.2人眼模型

3.3真实感眼部运动控制

3.3.1眼部生理运动过程

3.3.2眼球运动控制

3.3.3眼皮运动控制

3.4本章小结

第四章真实感三维头发生成研究

4.1真实感单根头发股模拟

4.1.1头发结构和力学分析

4.1.2头发附着在头皮上

4.1.3单根头发股的生成

4.2真实感整体头发模拟

4.2.1 NURBS参数曲面特征

4.2.2 NURBS参数曲面

4.2.3基于束的整体头发生成

4.3头发碰撞检测及响应

4.3.1碰撞检测技术

4.3.2头发碰撞检测与响应技术

4.4头发动画与渲染

4.4.1纹理映射技术

5.2基于RSCM重建数学定义

5.3实验结果及分析

第五章真实感三维人脸建模及头发整体造型设计系统

5.1系统功能设计

5.1.1系统主要功能

5.1.2系统总体框架

5.2系统实现

5.2.1实验平台的搭建

5.2.2系统界面图

5.3本章小结

总结与展望

本文工作总结

进一步的研究工作

参考文献

攻读硕士期间的研究成果

致谢