纹理合成技术及其在颅面复原中的应用

论文摘要

计算机辅助颅骨面貌复原技术是对面貌未知的已故人物的颅骨利用计算机图形学、人类学、生物医学及人工智能等多学科交叉方法进行面部容貌复原的技术。复原后的面皮模型只有人脸的几何信息,由于缺少相应的皮肤以及眉毛、眼睛等局部器官纹理数据,最终复原结果缺乏真实感效果。本文提出采用纹理合成的方法实现三维人脸的真实感处理,提高复原人脸模型的真实感效果,同时对于三维人脸真实感建模技术,都具有一定的理论意义和重要的实际应用价值。本文的主要工作包括：（1）提出一种改进的基于Wang Tiles的块纹理合成算法。每一个Wang Tile由4个菱形纹理块旋转拼接,然后裁剪中心部分构建而成,多个Tiles可以实时拼接成为大的纹理单元,新算法采用不规则块的随机覆盖或曲线的最优匹配来解决tiles内部接缝处理,提高了纹理合成的质量。同时,采用本算法可以实时地生成任意尺寸大小的皮肤纹理,取得较好的结果。（2）研究了在任意三维曲面上的纹理合成技术。同时针对人脸局部器官纹理不同,在人脸大面积据有相似的皮肤纹理区域采用纹理合成技术,而对人脸器官中的眼球,则按照其生理形态进行分类,根据复原后人脸模型眼球器官所属分类,并选择最相似的纹理图像,将眼球的纹理图像利用纹理映射技术,映射到其对应的三维模型上,而对于眉毛、嘴唇区域则利用纹理合成技术生成对应区域的纹理,最后实现整个人脸模型的真实感效果。（3）以Visual C++6.0和OpenGL为工具,设计实现了三维人脸局部器官分区的真实感处理系统,采用本文的算法,通过用户简单的交互,可以实现三维人脸模型的真实感效果。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。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景与意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 纹理生成技术
• 1.2.2 真实感人脸建模
• 1.2.3 真实感人脸皮肤建模
• 1.3 本文研究内容
• 1.4 本文章节安排
• 1.5 本章小结
• 第二章 基于样图的纹理合成技术
• 2.1 过程纹理合成技术概述
• 2.2 基于样图的纹理合成技术概述
• 2.3 马尔可夫随机场（MRF）模型
• 2.4 像素点的邻域及匹配
• 2.5 纹理块的边界及匹配
• 2.6 基于像素点的合成典型算法
• 2.7 基于纹理块的合成算法
• 2.8 曲面、视频及几何纹理合成技术
• 2.9 本章小结
• 第三章 一种改进的基于Wang Tiles的块纹理合成算法
• 3.1 纹理块的拼接方法
• 3.1.1 Image Quilting算法
• 3.1.2 Graph Cut算法
• 3.2 Wang Tiles纹理合成算法
• 3.3 一种改进的基于Wang Tiles的块纹理合成算法
• 3.3.1 m-Wang Tile的框架制作
• 3.3.2 用不规则块填充m-Wang Tile内部
• 3.3.3 实验结果
• 3.4 大尺寸皮肤纹理的生成
• 3.5 本章小结
• 第四章 颅面皮肤纹理的合成
• 4.1 概述
• 4.2 网格的优化
• 4.3 切向矢量场的建立
• 4.4 纹理的搜索与匹配
• 4.5 纹理块间接缝的处理
• 4.6 纹理的绘制与存储
• 4.7 颅面皮肤纹理合成结果
• 4.8 本章小结
• 第五章 人脸局部器官纹理的生成
• 5.1 三维网格模型分割概述
• 5.2 眼球、嘴唇以及眉毛局部器官区域的分割
• 5.2.1 交互标记控制的眼球器官分割
• 5.2.2 嘴唇区域的分割
• 5.2.3 眉毛区域的分割
• 5.2.4 三个区域的最终分割结果
• 5.3 局部器官纹理的生成
• 5.3.1 眼球的纹理生成
• 5.3.2 嘴唇的纹理生成
• 5.3.3 眉毛区域的纹理生成
• 5.4 复原颅面的纹理生成
• 5.5 本章总结
• 第六章 三维人脸真实感处理系统的设计与实现
• 6.1 系统功能及总体框架
• 6.1.1 系统主要功能
• 6.1.2 系统总体框架
• 6.2 系统实现
• 6.2.1 实验平台的搭建
• 6.2.2 系统运行及主要界面
• 6.3 本章小结
• 第七章 总结与展望
• 7.1 本文工作总结
• 7.2 未来工作展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的科研成果
• 致谢