基于單幅圖像的三維人臉建模及應用研究.pdf

1、三維人臉建模是計算機圖形學和計算機視覺領域最根本、最困難的問題之一，也是近年來國際上最活躍的研究熱點。真實感人臉建模的研究在電影、廣告、人物動畫、計算機游戲、視頻會議、人機交互、醫(yī)學、公安安全等許多領域有廣闊的應用前景，其中人臉識別是重要應用之一。 目前的人臉識別方法主要集中在二維圖像方面，但由于受到光照、姿勢、表情變化等因素的影響，其識別的準確度受到很大的限制。利用三維人臉模型是解決目前問題的有效方法之一。另外，隨著通訊業(yè)和數(shù)

2、字娛樂產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，由計算機自動生成三維卡通人像的技術將得到廣泛應用。以動畫、卡通、視頻及網(wǎng)絡游戲、手機游戲等為代表的動漫產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為許多國家的經(jīng)濟增長點。作為數(shù)字化動漫的關鍵技術的三維卡通人像生成技術，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，可以針對單幅圖像進行三維建模。雖然該模型同以往的參數(shù)模

3、型、肌肉模型以及視覺模型相比，具有真實感好、自動化等特點，但目前該模型在模型建立、優(yōu)化等方面還存在諸多問題，在模型應用方面也缺乏探索。針對上述問題，本文在形變模型方法的基礎上，對單幅圖像的快速人臉建模方法及應用方面展開了研究，主要的工作內容包括： 1)基于單幅圖像的三維人臉建模方法及改進。 在研究了三維人臉形變模型的方法的基礎上，針對其現(xiàn)存的一些問題，提出了改進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進行像素級對齊的困難問題，實現(xiàn)了基于單幅照片進行快速三維人臉建模的系統(tǒng)。主要技術包括稀疏模型的建立，人臉圖像的檢測和特征點提取，參數(shù)的最優(yōu)化，以及幾何模型的彈性變形技術。另外，提出了基于膚色模型的皮膚紋理合成方法，通過引入膚色模型的插值技術，增強了三維人臉側面皮膚的真實感和應用價值。 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，將其應用在三維人臉模型上，實現(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。 研究了計算機自動生成卡通人臉的技術，并將其應用在三維人臉模型上。提出了基于全局結構和局部形狀進行自動特征夸張的人臉卡通化方法，實現(xiàn)了由單幅人臉照片生成多種不同風格的卡通人臉技術。 4) 人臉識別的應用研究。 本文針對人臉識別中的光照和姿態(tài)問題，研究了基于三維人臉模型的人臉識別方法。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，用于補充訓練樣本，增強了多角度人臉識