基于單幅圖像的三維發(fā)型建模技術(shù)及其應(yīng)用.pdf

1、發(fā)型是人物形象的重要組成部分，不同的發(fā)型顏色與風(fēng)格可以反映出人的不同年齡、性格乃至職業(yè)。由于其復(fù)雜多變的幾何結(jié)構(gòu)，三維發(fā)型建模是圖形學(xué)研究中極具挑戰(zhàn)性的任務(wù)。現(xiàn)有三維發(fā)型建模方法存在著較大的局限性:一些依賴于手工交互的方法需要專業(yè)的建模技能以及繁雜的交互操作;另一些基于圖像的發(fā)型重建方法只能處理受控環(huán)境下使用專業(yè)設(shè)備拍攝的大量圖像。這些局限性阻礙了三維發(fā)型建模技術(shù)在實際應(yīng)用中的普及。
　　本文研究了基于單幅圖像的三維發(fā)型建模這一難

2、題。結(jié)合極少量用戶輔助、機器學(xué)習(xí)方法以及先驗幾何模型，系統(tǒng)性地提出了一系列基于單幅肖像的高質(zhì)量三維發(fā)型建模方法，并全面展示了這些方法在智能肖像操控中的應(yīng)用。同時，針對應(yīng)用中發(fā)型運動仿真速度慢的問題，設(shè)計了基于蒙皮的發(fā)型運動簡化模型，用以在實時速度下完成高質(zhì)量發(fā)型運動仿真及與環(huán)境物體交互的模擬。
　　本文的具體研究內(nèi)容包括如下五個部分:
　　1.提出了一個基于單幅圖像的交互式三維發(fā)型建模方法。該方法可以在少量用戶輔助下生成高分

3、辨的三維發(fā)型模型，這些發(fā)型模型在一定觀察角度范圍內(nèi)都可以得到與原圖相符的渲染效果，從而足以支持如肖像立體化、發(fā)型遷移以及發(fā)型幾何編輯等肖像操控應(yīng)用。此外，還對本方法進行了擴展以支持滿足物理約束的動態(tài)發(fā)型建模及基于視頻的發(fā)型建模。
　　2.在交互式建模方法的基礎(chǔ)上，提出了一個數(shù)據(jù)驅(qū)動的全自動單幅圖像三維發(fā)型建模方法。其在保證結(jié)果質(zhì)量的同時能完全去除繁瑣的用戶輔助步驟，從而將單幅肖像發(fā)型建模過程完全自動化，以便于更好地面向普通用戶的實

4、際應(yīng)用以及大規(guī)模發(fā)型數(shù)據(jù)的生成。
　　3.著眼于模型的幾何質(zhì)量，進一步提出了一個用于生成高質(zhì)量模型的單幅圖像肖像建模方法。該方法能夠生成包含精細幾何細節(jié)的完整肖像模型，用于支持一系列對模型質(zhì)量有較高要求的肖像操控應(yīng)用，包括基于圖像的高質(zhì)量重新照明、肖像浮雕三維打印等。
　　4.針對實時發(fā)型運動仿真，提出了一個數(shù)據(jù)驅(qū)動的高效發(fā)型運動仿真方法。算法基于全新的發(fā)型蒙皮簡化模型從訓(xùn)練數(shù)據(jù)中習(xí)得發(fā)型的運動特征以驅(qū)動高效的實時運動仿真，