基于控制点平滑的人脸变形算法及其在人脸动画中的应用

论文摘要

自计算机产生伊始,对计算机图形和动画的研究就没有停止过。随着影视业在人们生活中发挥着越来越重要的作用,计算机图形学和动画技术在过去的30个年头里得到了惊人的发展。与此同时,21世纪以来多媒体产业迅速兴起,数字娱乐方兴未艾。在手机、PC机上的计算机卡通动画娱乐深得人们的喜爱。其中,图像变形技术在计算机动画中发挥着举足轻重的作用。本文基于面向数字娱乐的卡通人脸动画的课题背景,对人脸变形技术展开了研究,提出了一种快速、变形效果好的二维人脸变形算法,并将其应用在卡通人脸肖像生成和人脸动画的生成中,获得了很好的效果。(1)提出了基于控制点平滑的二维人脸变形算法。它基于两种常用的图像变形算法:网格变形和薄板样条变形。其中网格变形由网格扭曲算法修改而来。仅采用网格变形方法达不到人脸局部变形的需求,而仅采用薄板样条方法在速度上也无法在实际中应用。在网格变形之前加入一个以薄板样条变形为原理的特征点平滑过程,使得图像变形的结果既远比网格变形的结果细腻自然又具有较快的速度。实验表明,平滑算法可以得到理想效果。(2)针对卡通人脸变形中常用的局部变形,修改平滑算法,使其在局部变形上产生更加逼真的效果。将变形部位的控制点集合作为薄板样条变换部分的控制点子集,既能准确地达到局部的变形效果,又能反应出变形部位对周围区域的影响。(3)将平滑变形应用与卡通人脸肖像生成和人脸动画的生成。在基于特征变换生成的卡通人脸肖像中,卡通肖像的形状确定好之后,使用平滑变形算法来进行纹理的变换。在文本和语音联合驱动的人脸动画中,平滑变形在关键帧插值得到中间帧的过程中对动画的逼真效果起到了决定性的作用。平滑算法也为带有表情的说话人头的实现奠定了基础。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 课题背景及意义
• 1.2.1 人脸图像变形技术的历史背景及其现状
• 1.2.2 人脸图像变形技术的应用与研究
• 1.3 本文主要工作与研究成果
• 第二章 人脸图像变形关键技术回顾
• 2.1 二维多边形渐变算法
• 2.1.1 顶点对应关系的建立
• 2.1.2 仿射变换的选取
• 2.1.3 仿射变换的插值
• 2.2 薄板样条变形算法
• 2.2.1 薄板样条（TPS）映射技术
• 2.2.2 遗漏点的插值
• 2.3 网格扭曲算法
• 第三章 基于控制点平滑的二维人脸变形算法
• 3.1 人脸建模及特征点的提取
• 3.1.1 MPEG-4 的人脸动画标准
• 3.1.2 人脸特征点的定义和提取
• 3.2 基于控制点平滑的二维人脸变形算法
• 3.2.1 使用薄板样条算法进行特征点平滑
• 3.2.2 网格变形实现图像变形
• 3.2.3 算法复杂度分析
• 3.3 基于控制点平滑的二维人脸局部变形算法
• 3.4 实验结果和分析
• 第四章 平滑变形算法在数字娱乐人脸动画中的应用
• 4.1 平滑算法在卡通肖像生成中的应用
• 4.1.1 基于特征的卡通肖像的生成
• 4.1.2 平滑算法在卡通肖像生成中的作用
• 4.2 平滑算法在人脸动画中的应用
• 4.2.1 文本和语音联合驱动的人脸动画系统[49]
• 4.2.2 平滑算法在联合驱动的人脸动画系统中的应用
• 4.2.3 面带表情的语音人脸动画
• 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 攻读学位期间发表的论文