个性化三维人脸模型的设计及实时绘制

论文摘要

三维建模是计算机视觉和计算机图形学领域中的一个基本问题,人脸借助其特有的普遍性和易用性成为众多先进三维建模算法的实验平台。但是由于人脸的复杂性、易变形,建立逼真的三维人脸模型成为近年来国际上最活跃的研究热点。其中,个性化三维人脸模型的建立因其在一些虚拟环境中如计算机游戏、虚拟主持人、人物动画、影视广告等许多领域有广阔的应用前景,而成为众多研究者挑战的课题。目前对于中性标准模型的建立已有多种较好的方法,但对特定人脸的建模要困难得多,一般的建模软件建立的模型真实感很强,形象逼真,但是结构复杂、数据量大,从而使得其在虚拟漫游的过程中,在保持图像质量的同时存在着模型实时渲染可行性小的缺点,对建模、存储、渲染的代价及质量都有很大的影响,因此这一研究领域越来越受到人们的关注。针对上述问题,本文在个性化三维人脸建模及实时绘制方面展开了研究。本文的研究路线是中性人脸模型数据结构的建立、人脸特征提取、个性化人脸模型匹配的改进以及场景漫游中的实时绘制。首先在第三方软件提供的头部模型数据的基础上自定义了一种基于特征的三维人脸模型FHFM,并采用鼠标选择、从二维平面到三维模型投影、坐标反馈的方法提取出特征点坐标;其次,利用从正侧面人脸照片中恢复出的特征点信息对中性人脸模型进行修改,在这个过程中提出了一种分级递减的变形算法,实现了从中性人脸到个性化人脸的形变;最后提出了一种基于几何和表面特征相混合且与视点相关的模型简化方法,实现了人脸模型在虚拟场景中的实时连续多分辨率绘制。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究的背景和意义
• 1.2 研究现状分析
• 1.2.1 三维数据的获取
• 1.2.2 标准人脸模型的建立
• 1.2.3 个性化三维人脸模型的建立
• 1.2.4 个性化人脸模型在三维游戏中的应用
• 1.3 本文的研究内容
• 1.4 本文的结构安排
• 第二章 人脸特征定义与中性人脸模型建立
• 2.1 人脸特征的定义
• 2.2 中性人脸模型的建立
• 2.2.1 3DS 文件转换成自定义结构的文件
• 2.2.2 中性模型特征点的提取
• 2.3 本章小结
• 第三章 基于分级递减变形算法的个性化人脸建模
• 3.1 从二维图象中提取三维信息
• 3.1.1 基于正交照片的人脸重建方法的数学定义
• 3.1.2 人脸图象的规范化处理及照片定标
• 3.2 从中性人脸模型到特定人脸模型的修改
• 3.2.1 整体修改
• 3.2.2 分级递减变形算法进行局部修改
• 3.3 实验结果
• 3.4 本章小结
• 第四章 三维人脸模型的实时连续多分辨率绘制
• 4.1 细节层次LOD（LEVEL OF DETAIL）技术研究
• 4.1.1 LOD 技术
• 4.1.2 虚拟场景生成中LOD 模型的选择
• 4.1.3 层次细节技术的分类
• 4.1.4 LOD 模型生成算法的分类
• 4.2 连续多分辨率绘制技术
• 4.3 个性化人脸模型的特征约束多分辨率绘制
• 4.3.1 特征定义
• 4.3.2 半边折叠操作
• 4.3.3 误差度量原理及顶点的合并
• 4.3.4 折叠误差与视距的关系
• 4.3.5 特征约束的有序递减网格FC-SDM
• 4.3.6 实验结果
• 4.4 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 本文的工作总结
• 5.2 进一步的研究与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间所发表的学术论文