基于單幅圖像的三維人臉建模及應(yīng)用研究.pdf

1、三維人臉建模是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)和計(jì)算機(jī)視覺(jué)領(lǐng)域最根本、最困難的問(wèn)題之一，也是近年來(lái)國(guó)際上最活躍的研究熱點(diǎn)。真實(shí)感人臉建模的研究在電影、廣告、人物動(dòng)畫(huà)、計(jì)算機(jī)游戲、視頻會(huì)議、人機(jī)交互、醫(yī)學(xué)、公安安全等許多領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景，其中人臉識(shí)別是重要應(yīng)用之一。 目前的人臉識(shí)別方法主要集中在二維圖像方面，但由于受到光照、姿勢(shì)、表情變化等因素的影響，其識(shí)別的準(zhǔn)確度受到很大的限制。利用三維人臉模型是解決目前問(wèn)題的有效方法之一。另外，隨著通訊業(yè)和數(shù)

2、字娛樂(lè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，由計(jì)算機(jī)自動(dòng)生成三維卡通人像的技術(shù)將得到廣泛應(yīng)用。以動(dòng)畫(huà)、卡通、視頻及網(wǎng)絡(luò)游戲、手機(jī)游戲等為代表的動(dòng)漫產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為許多國(guó)家的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)。作為數(shù)字化動(dòng)漫的關(guān)鍵技術(shù)的三維卡通人像生成技術(shù)，也值得深入探索。 傳統(tǒng)的三維人臉建模方法大多需要提取多幅圖像的人臉信息，再通過(guò)修改一般模型完成。形變模型（Morphable Model）方法是近幾年出現(xiàn)的三維人臉建模新方法，可以針對(duì)單幅圖像進(jìn)行三維建模。雖然該模型同以往的參數(shù)模

3、型、肌肉模型以及視覺(jué)模型相比，具有真實(shí)感好、自動(dòng)化等特點(diǎn)，但目前該模型在模型建立、優(yōu)化等方面還存在諸多問(wèn)題，在模型應(yīng)用方面也缺乏探索。針對(duì)上述問(wèn)題，本文在形變模型方法的基礎(chǔ)上，對(duì)單幅圖像的快速人臉建模方法及應(yīng)用方面展開(kāi)了研究，主要的工作內(nèi)容包括： 1)基于單幅圖像的三維人臉建模方法及改進(jìn)。 在研究了三維人臉形變模型的方法的基礎(chǔ)上，針對(duì)其現(xiàn)存的一些問(wèn)題，提出了改進(jìn)的基于稀疏形變模型的人臉建模方法，順利地解決了傳統(tǒng)形變模型方

4、法中需要將三維人臉庫(kù)進(jìn)行像素級(jí)對(duì)齊的困難問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了基于單幅照片進(jìn)行快速三維人臉建模的系統(tǒng)。主要技術(shù)包括稀疏模型的建立，人臉圖像的檢測(cè)和特征點(diǎn)提取，參數(shù)的最優(yōu)化，以及幾何模型的彈性變形技術(shù)。另外，提出了基于膚色模型的皮膚紋理合成方法，通過(guò)引入膚色模型的插值技術(shù)，增強(qiáng)了三維人臉側(cè)面皮膚的真實(shí)感和應(yīng)用價(jià)值。 2) 三維人臉表情的合成。 研究了基于表情編碼系統(tǒng)生成表情的方法，將其應(yīng)用在三維人臉模型上，實(shí)現(xiàn)了靈活可控的三維人臉的

5、表情合成。 3) 三維人臉卡通化。 研究了計(jì)算機(jī)自動(dòng)生成卡通人臉的技術(shù)，并將其應(yīng)用在三維人臉模型上。提出了基于全局結(jié)構(gòu)和局部形狀進(jìn)行自動(dòng)特征夸張的人臉卡通化方法，實(shí)現(xiàn)了由單幅人臉照片生成多種不同風(fēng)格的卡通人臉技術(shù)。 4) 人臉識(shí)別的應(yīng)用研究。 本文針對(duì)人臉識(shí)別中的光照和姿態(tài)問(wèn)題，研究了基于三維人臉模型的人臉識(shí)別方法。利用三維人臉合成了多種姿態(tài)，光照和表情的虛擬人臉圖像，用于補(bǔ)充訓(xùn)練樣本，增強(qiáng)了多角度人臉識(shí)