真实感三维人脸表情动画的设计与实现

摘要

计算机人脸动画是虚拟现实领域的新兴课题，其主要研究内容包括展现真实感人脸表情和数据驱动模型实时产生动画两个方面，它的最终目标是生成逼真的动画效果。本文着力于模拟真实的人脸的结构和展现各种常见的人脸表情。本文的主要工作是提出了一种新的基于MPEG-4标准的人脸表情动画实现方法，该方法不但能够产生各种富有真实感的人脸表情动画帧，而且能兼容文本等的情境驱动信息，实时生成表情动画序列。 本文针对人脸各部分具有不同运动方式这一特点，结合多种技术来实现人脸表情：对于眼皮、额头、脸颊等区域的皮肤运动，本文采用分段线性函数模拟其弧线运动，采用测地线距离计算运动系数，采用径向基函数对运动区域进行平滑处理；采用刚性运动模拟眼球和头部的的旋转，并参考生理学相关研究结果，采用近似方式模拟注视目标时头部和眼球的协调运动；针对嘴部肌肉复杂运动多样的特点，在一般网格变形的基础上，引入肌肉向量模型，利用嘴部括约肌和线性肌来约束特征点的运动，使在模拟嘴部的复杂运动时有生理学上的依据。 针对数据驱动模型实时生成动画序列问题，本文利用第三方文本语音转换系统(TTS)实现文本到语音的转化，在转化时提取时间信息和可视化发音口型信息，结合可视化发音口型库实时生成可视化语音动画。结合协同发音模型，保证了各动画帧之间过渡的自然性和口型间过渡的真实性。 最后本文开发了一个基于MPEG-4标准的人脸表情动画系统，该系统实现了本文提出的方法，并能够接受驱动信息，实时地生成有真实感的人脸表情动画。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1三维人脸表情动画概述

1.2国内外研究现状

1.3本文主要工作和内容安排

第二章人脸表情动画技术

2.1关键帧插值方法

2.2参数化方法

2.3二维图像与三维图形的渐变方法

2.4人脸动作编码系统

2.5基于物理特性的模型

2.6自由变形方法

2.7小结

第三章 MPEG-4人脸动画标准

3.1 MPEG-4简介

3.2 MPEG-4定义的各种参数

3.3 MPEG-4人脸动画的一般原理

3.4讨论与分析

第四章 三维人脸表情动画实现方法

4.1人脸一般区域动画的实现

4.2真实感眼部动画的实现

4.3真实感嘴部动画的实现

第五章 文本驱动的人脸表情动画

5.1文本驱动介绍

5.2可视化语音系统中应用的TTS技术

5.3过渡帧的插值方法

5.4动作混合与协同发音

第六章人脸表情动画原型系统

6.1系统特点

6.2系统流程与框架

6.3交互式编辑模块

6.4口型动画与合成语音同步

6.5系统评价

第七章总结与展望

致谢

参考文献

个人简介和攻读硕士期间的成果