三維衰老人臉合成技術(shù)研究.pdf

1、真實(shí)感三維人臉合成技術(shù)在計(jì)算機(jī)視覺和圖形學(xué)領(lǐng)域一直是備受關(guān)注的研究熱點(diǎn)，研究成果豐富。主要成果集中于人臉建模和動畫合成，以及人臉合成中的幾個分支，如人臉表情、姿態(tài)、光照等；與其相比，人臉的衰老合成無疑具有更大的挑戰(zhàn)性。同時，人臉?biāo)ダ匣芯恳灿蟹浅V泛應(yīng)用前景，不僅能提高三維人臉合成真實(shí)感，而且其成果可以廣泛應(yīng)用于電影、廣告、游戲、虛擬會議、刑偵等領(lǐng)域。
　　 相比與二維人臉圖像衰老研究，三維人臉?biāo)ダ虾铣筛鼮槔щy的原因之一在于，前

2、者可通過舊照片掃描方式獲得源數(shù)據(jù)，即多人在不同年齡的人臉圖像序列，而后者數(shù)據(jù)的獲取需要長期跟蹤同一人不同年齡的三維人臉數(shù)據(jù)序列，存在實(shí)現(xiàn)上的難度。雖然經(jīng)過近幾年的發(fā)展，取得了一些成果，但是人臉?biāo)ダ匣难芯窟€遠(yuǎn)未成熟。因此開展此類工作有重要的研究意義與應(yīng)用價值。
　　 人臉?biāo)ダ匣铣墒茄芯克ダ献兓?guī)律以及如何反映年齡對應(yīng)的衰老程度。本文在對當(dāng)前國內(nèi)外人臉?biāo)ダ匣铣裳芯砍晒M(jìn)行深入分析的基礎(chǔ)上，探討了基于小波變換與人臉形變模型相結(jié)合

3、的三維人臉合成問題，重點(diǎn)解決三維衰老人臉庫構(gòu)建、衰老模板提取、衰老紋理特征變換以及基于衰老紋理變化的幾何形狀調(diào)整問題。本文在以下幾個方面取得了一定的突破和進(jìn)展，獲得了一定的研究成果。主要研究成果如下：
　　 1.三維人臉?biāo)ダ蠑?shù)據(jù)庫的構(gòu)建。
　　 三維人臉?biāo)ダ蠑?shù)據(jù)庫對三維人臉?biāo)ダ匣芯颗c應(yīng)用來說是不可缺少的數(shù)據(jù)資源。而三維人臉?biāo)ダ夏M目前還存在數(shù)據(jù)缺乏、獲取及操作不便的缺點(diǎn)，限制了其應(yīng)用推廣。本文采用改進(jìn)的形變模型方法將真

4、實(shí)人臉?biāo)ダ蠄D像重建成三維人臉：利用二維人臉?biāo)ダ蠄D像庫構(gòu)建了三維人臉?biāo)ダ蠑?shù)據(jù)庫；并根據(jù)性別和年齡形成三維衰老人臉性別子庫和衰老子庫。該三維人臉?biāo)ダ蠑?shù)據(jù)庫的構(gòu)建可為三維人臉哀老化研究提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，有效地緩解了三維衰老人臉研究數(shù)據(jù)缺乏的困境。
　　 2.基于小波和紋理移植的三維衰老人臉紋理合成。
　　 小波變換方法被廣泛運(yùn)用于圖像以提取細(xì)節(jié)特征。具體到人臉圖像來說，其圖像分解后的相應(yīng)小波低頻分量反映出其固有的臉形與結(jié)構(gòu)特征，而

5、高頻分量則承載著紋理上更細(xì)節(jié)的信息，如皮膚褶皺、斑點(diǎn)等，這些正是人臉?biāo)ダ虾笃つw所呈現(xiàn)出的典型特征。本文采用離散小波變換(DWT)從三維衰老人臉紋理上提取蘊(yùn)含衰老特征的高頻信息，然后通過一種子圖替換的紋理移植的方法，將該高頻信息以特定方式融合到待處理的人臉紋理圖像中，最后再通過小波逆變換進(jìn)行處理，得到增加了衰老特征的新紋理。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該方法能合成皺紋等衰老特征的合成效果，比較逼真地模擬不同人臉在不同年齡段的衰老變化，并能方便地推廣到諸多

6、應(yīng)用領(lǐng)域。3.基于紋理變化的三維衰老人臉幾何形狀合成。
　　 上述衰老紋理的合成使得待處理人臉獲得了視覺上的衰老效果。本文所構(gòu)建的三維人臉數(shù)據(jù)庫，保證了人臉幾何網(wǎng)格與紋理數(shù)據(jù)點(diǎn)的一一對應(yīng)關(guān)系，使得基于紋理的變化合成衰老人臉的網(wǎng)格具備了可行性。具體地，通過在紋理圖像中選擇位移較大的頂點(diǎn)子集定義為衰老特征點(diǎn)，并利用紋理與網(wǎng)格之間的變形保持映射關(guān)系，將衰老特征點(diǎn)的紋理變化映射為網(wǎng)格形狀上的變化；進(jìn)而通過網(wǎng)格插值方法計(jì)算人臉網(wǎng)格中非衰老