虚拟化身的人脸建模与运动仿真研究与实现

论文摘要

三维虚拟化身的人脸建模与运动仿真是当前计算机图形学领域的一个研究热点,其原因是游戏、影视、可视通信等产业的应用需求。本文针对虚拟化身的人脸建模与动画、机器人的运动仿真等环节开展研究工作,设计和实现了真实感人脸建模及动画原型系统和机器人运动仿真试验系统。在化身的人脸模型定制与动画上,本文对真实感三维人脸建模及动画技术进行了研究,并实现了基于单幅正面人脸照片的人脸建模和基于MPEG-4的人脸动画原型系统。首先,系统输入单张真实人脸的正面照片或使用普通摄像头采集一张人脸的正面照片;然后采用主动形状模型算法自动检测出人脸上77个特征点的位置,这些特征点很好地标记了人脸的面部特征,包括脸轮廓,眼睛、鼻子、嘴巴的位置等;根据检测结果用径向基函数插值方法将事先选择好的一个中性标准网格模型进行空间网格变形使其变形为个性化人脸几何模型;最后从照片中提取人脸部分作为对应部分的纹理进行纹理映射生成真实感的人脸纹理模型。在标准模型上按MPEG-4标准指定人脸定义参数中的特征点,定义人脸动画参数单元,然后通过计算受各人脸动画参数驱动的网格顶点的运动因子来构建人脸动画定义表,最后根据人脸动画定义表实现人脸动画。实验结果表明,我们的系统只要通过摄像头实时采集来的正面人脸照片,就可以快速、全自动地生成真实感的三维人脸模型,通过输入自定义的动画文件,可以生成真实感较强的流畅的人脸表情动画。在机器人运动仿真上,本文试验了微软的虚拟机器人开发平台MicrosoftRobotics Studio,并在此平台的基础上开发了机器人运动仿真控制系统,系统首先根据给定的机器人模型定义出相应的关节连杆结构,然后根据用户提供的关节运动数据驱动机器人关节的同时运动,实现运动仿真及控制。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 虚拟世界与化身
• 1.2 虚拟化身的应用
• 1.3 虚拟化身的人脸建模与运动仿真技术
• 1.3.1 虚拟化身的人脸建模与动画
• 1.3.2 虚拟化身的运动控制
• 1.4 本文的工作与论文的结构
• 1.4.1 本文的工作
• 1.4.2 论文的结构
• 第2章 个性化人脸建模与MPEG-4人脸动画技术
• 2.1 人脸模型的表示方式
• 2.2 人脸模型的个性化适配
• 2.2.1 径向基函数插值
• 2.2.2 径向基函数插值实现人脸网格变形
• 2.2.3 径向基函数插值的人脸网格变形结果
• 2.3 MPEG-4人脸动画技术
• 2.4 本章小结
• 第3章 一种真实感人脸建模及动画系统（EasyFace）
• 3.1 系统概述
• 3.2 基于单幅正面人脸照片的三维人脸建模
• 3.2.1 人脸特征检测
• 3.2.2 标准模型的个性化适配
• 3.3 基于MPEG-4的三维人脸动画
• 3.3.1 构建人脸动画定义表
• 3.3.2 根据人脸动画定义表实现人脸动画
• 3.4 系统实验结果与特点
• 3.4.1 系统实验结果
• 3.4.2 系统特点
• 3.5 本章小结
• 第4章 基于Microsoft Robotics Studio的运动仿真
• 4.1 简介
• 4.2 MSRS仿真平台
• 4.3 基于MSRS的机器人运动仿真系统
• 4.3.1 机器人模型定义系统
• 4.3.2 机器人模拟仿真控制系统
• 4.4 系统实现与实验结果
• 4.5 本章小结
• 第5章 总结与展望
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间主要的研究成果
• 个人简历