真实感三维头部建模及面部表情合成研究

摘要

伴随着虚拟现实技术和视觉技术的快速发展，三维虚拟人逐渐成为虚拟现实领域的研究热点，为实现虚拟人的个性化，三维虚拟人头部模型是不可或缺的部分。虚拟人的三维头部建模研究广泛应用于医疗整形实验、面部形态学及表情合成与控制等领域。在大多数情况下，三维头部模型可通过三维扫描仪器建立或者从建模软件(如Poser,Maya)中导出获得，前者成本高昂，后者需要专业人员操作，最重要的是这些模型都是使用大量的数据来支持其逼真的结构形态，繁冗的数据并不利于对其进行控制与应用。因此，如何使用尽量少的顶点构建一个便于操控的三维头部模型，并使得该模型具有真实感且实现其应用是本文的研究重点。
　　 本文首先使用基于ASM(Active Shape Model，主动形状模型)的方法提取所输入正面图像的面部特征点信息，然后改进已有的面部三维位置信息，增加耳朵和牙齿特征以及后脑曲面模型，仅使用193个控制点建立了标准三维头部网格模型，再根据仿射变换和局部定位调整原理完成标准三维头部网格模型特征顶点和非特征顶点的调整，建立了与输入正面图像相仿的自适应三维头部网格模型，接着使用纹理映射技术对该模型进行纹理贴图，建立真实感三维头部模型，最后在其上进行动作单元AU(Action Unit)组合完成六种基本表情的合成，实现真实感三维头部模型的表情应用。实验结果表明，建立的三维头部模型具有较强真实感，可根据输入正面图像的不同产生与图像人脸相仿的头部模型，可控性良好，具有较好的适应性和广泛的应用价值。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．3 研究目标及内容

1．3．1 研究目标

1．3．2 研究内容

1．4 本课题的总体框架设计

1．5 本文结构安排

第2章 特征点自动定位方法的选取

2．1 人脸标记

2．2 基于边缘信息的特征点定位方法

2．2．1 算法介绍

2．2．2 定位结果分析

2．3 基于统计模型的特征点定位方法

2．3．1 特征点选取

2．3．2 建立统计形状模型

2．3．3 建立局部灰度模型

2．3．4 特征点匹配

2．3．5 定位结果分析

2．4 两种特征点定位方法的比较

2．5 本章小结

第3章 自适应三维头部网格模型的建立

3．1 标准三维头部网格模型的建立

3．1．1 面部网格模型

3．1．2 后脑曲面模型

3．2 标准模型调整

3．2．1 特征点的调整

3．2．2 非特征点坐标的调整

3．3 本章小结

第4章 纹理映射与面部表情合成

4．1 纹理映射

4．1．1 面部模型贴图

4．1．2 后脑曲面贴图

4．2 面部表情合成

4．2．1 动作单元定义

4．2．2 表情合成

4．3 本章小结

第5章 系统设计及实验分析

5．1 系统总体设计

5．1．1 总体设计流程图

5．1．2 功能模块图

5．2 界面及模块介绍

5．2．1 界面介绍

5．2．2 面部特征提取模块

5．2．3 自适应三维头部建模模块

5．2．4 表情合成模块

5．3 实验结果与分析

5．3．1 标准三维头部模型的实验结果分析

5．3．2 自适应三维头部模型的实验结果分析

5．3．3 纹理映射的实验结果分析

5．3．4 面部表情合成的实验结果分析

5．4 本章小结

结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果