專利名稱：一種采用草圖創(chuàng)建三維人臉模型的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明專利涉及一種圖形分析與解釋軟件方法，屬于計(jì)算機(jī)軟件和計(jì)算機(jī)圖形學(xué) 技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，是一種運(yùn)用草圖識(shí)別、形狀特征提取、形狀映射和模型形變等過程采 用草圖創(chuàng)建三維人臉模型的方法。
背景技術(shù)：
自文獻(xiàn) 1 Parke F, Computer generated animation of faces, In :Proc. ACM NationalConference, 1972 451-457開創(chuàng)三維人臉建模和動(dòng)畫研究以來，涌現(xiàn)了如文獻(xiàn)2 徐成華，王蘊(yùn)紅，譚鐵牛，三維人臉建模與應(yīng)用，中國圖象圖形學(xué)報(bào)，2004，9 (8) 893-903和 文獻(xiàn) 3Deng Z, Noh J Y, Computer facial animation :A survey, Data-Driven 3D Facial Animations, Springer，2007 :1-28所述大量的三維人臉建模研究和應(yīng)用成果。但是，現(xiàn)有 的大多三維人臉建模方法是如文獻(xiàn)4 Liu Z，Zhang Z，Jacobs C，Cohen M，Rapid Modeling ofAnimated Faces From Video. Technical Report, Microsoft Research, April 1999 99-21 禾口文獻(xiàn)5Zha H B,ffang P,Realistic face modeling by registration of 3D mesh models andmulti-view color images, In :Proc. of the 8th Int'l Conf. Computer Aided Design andComputer Graphics, 2003 :217_222所述利用各種視頻、圖像或三維掃描數(shù)據(jù) 進(jìn)行三維真實(shí)感人臉模型的重建，這種方式難以滿足動(dòng)漫和游戲等擬人化人臉模型交互創(chuàng) 意設(shè)計(jì)的需要；現(xiàn)行諸如AutoCAD、Maya等三維建模軟件系統(tǒng)可用于交互式三維人臉建模， 且可借助如文獻(xiàn)6龔勛，王國胤，基于特征點(diǎn)的三維人臉形變模型，軟件學(xué)報(bào)，2009，20 (3) 724-733所述的形變方法來生成各種人臉模型，但由于這些工具注重于模型細(xì)節(jié)定型的局 部編輯且其傳統(tǒng)WIMP界面復(fù)雜而又專業(yè)化的交互方式對(duì)大多數(shù)動(dòng)漫設(shè)計(jì)師而言是巨大的 挑戰(zhàn)，也無法滿足動(dòng)漫創(chuàng)作自然而流暢的藝術(shù)創(chuàng)意表達(dá)要求。顯然，對(duì)于這種應(yīng)用，更理想 的三維人臉模型創(chuàng)建方式是為設(shè)計(jì)師提供其所偏愛傳統(tǒng)紙筆草繪創(chuàng)作方式。利用手繪草圖創(chuàng)建三維人臉模型方式有兩類一類是利用如文獻(xiàn)7 Igarashi T， Matsuoka S, Tanaka H, Teddy -.a sketching interface for 3d freeform design, In Proceedingsof the SIGGRAPH，99，1999 :409_416所述的通用草圖繪制工具，通過對(duì)草圖 人臉輪廓的膨脹和構(gòu)造來生成三維模型，這種方法類似于傳統(tǒng)三維建模工具，其優(yōu)點(diǎn)是不 依賴于已有三維人臉模型，但其創(chuàng)建過程復(fù)雜且計(jì)算復(fù)雜度高；另一類則充分利用如文 獻(xiàn)8胡永利，尹寶才，程世銓，谷春亮，劉文韜，創(chuàng)建中國人三維人臉庫關(guān)鍵技術(shù)研究，計(jì)算 機(jī)研究與發(fā)展，2005，42(4) :622-628所述的已有三維人臉模型技術(shù)和資源，先對(duì)草圖人 臉進(jìn)行識(shí)別，再利用已有三維人臉模型來生成新的三維人臉模型。如文獻(xiàn)9 Nataneli G， Faloutsos P， Sketching Facial Expressions, In ACM SIGGRAPH 2007 sketches， Article No. 60，2007提出了一種用草圖人臉表情的方法，該方法先識(shí)別出草圖人臉的表情 語義類別，再利用語義所對(duì)應(yīng)的三維人臉表情模板生成相應(yīng)的表情；文獻(xiàn)10 Gunnarsson 0， Maddock S A， Statistically-Assisted Sketch-Based Interface for Creating Arbitrary3-dimensional Faces，In :Proc. Theory and Practice of Computer Graphics2007提出了一個(gè)草圖人臉建模系統(tǒng)，它采用從標(biāo)準(zhǔn)人臉庫中建立的統(tǒng)計(jì)人臉模型對(duì)草圖人 臉進(jìn)行識(shí)別，再以一組特定人臉的線性組合來生成新的人臉模型。顯然，這兩種方法所能生 成的人臉類型取決于預(yù)定義模板庫規(guī)模，且無法完全反映表現(xiàn)設(shè)計(jì)者的繪制效果。為能更 好地反映設(shè)計(jì)者的設(shè)計(jì)意圖，文獻(xiàn) 11 Chang E, Jenkins 0 C, Sketching articulation and posefor facial animation, Data-Driven 3D Facial Animation, 2007 :132-144提出了一 種利用草繪編輯三維人臉模型的方法，它允許用戶利用筆畫(線段)選定待修改人臉區(qū)域 及修改目標(biāo)位置，再利用三維網(wǎng)格形變生成新的人臉模型，這種方法的局限性是顯然的，且 主要適于人臉模型內(nèi)部特征的編輯。而在實(shí)際應(yīng)用中，設(shè)計(jì)師大多更慣于連續(xù)勾畫出人臉 輪廓，再檢驗(yàn)三維人臉模型效果并進(jìn)行局部修改。因此，利用已有三維人臉模型直接從草圖 人臉中快速生成新的三維人臉模型是滿足這一需求的根本問題。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種采用草 圖創(chuàng)建三維人臉模型的方法，方法支持用戶利用已有三維人臉模型以手繪人臉輪廓的方式 創(chuàng)建新的三維模型。技術(shù)方案本發(fā)明公開了一種采用草圖創(chuàng)建三維人臉模型的方法，包括以下步 驟步驟一，草圖人臉識(shí)別將待處理的草圖人臉進(jìn)行預(yù)處理，并根據(jù)人臉面部器官空 間分布規(guī)則識(shí)別出草圖人臉輪廓，即各建立草圖人臉筆畫與草圖人臉輪廓的對(duì)應(yīng)關(guān)系；步驟二，三維人臉特征提取導(dǎo)入三維人臉網(wǎng)格模型作為三維人臉的模板模型，分 別從三維人臉網(wǎng)格模型上提取出三維人臉輪廓，所述三維人臉輪廓包括三維人臉內(nèi)輪廓和 三維人臉外輪廓；步驟三，輪廓匹配從草圖人臉輪廓上提取二維形狀特征點(diǎn)集，從三維人臉輪廓上 提取出對(duì)應(yīng)的三維形狀特征點(diǎn)集，根據(jù)每一個(gè)二維形狀特征點(diǎn)相對(duì)于草圖人臉中心之間的 歸一化距離，計(jì)算三維形狀特征點(diǎn)集中每一點(diǎn)的位移向量；步驟四，三維人臉模型形變根據(jù)三維形狀特征點(diǎn)集和各三維特征點(diǎn)的位移向量， 通過三維人臉網(wǎng)格模型形變生成所述三維人臉模型。本發(fā)明步驟一中包括以下步驟修正各草圖人臉筆畫的首尾端以校正筆畫的封閉性誤差，所述封閉性誤差是指用 戶在繪制封閉性筆畫(如多邊形、橢圓)時(shí)，筆畫的首尾端并不總是能夠精確地重合，一般 會(huì)出現(xiàn)交叉或者分離的情況；判斷各草圖人臉筆畫的繪制時(shí)針順序，將各草圖人臉筆畫統(tǒng)一調(diào)整為順時(shí)針方 向；采用基于人臉器官空間分布規(guī)則的匹配策略，確定草圖人臉筆畫與人臉外輪廓和 各面部器官輪廓(即人臉內(nèi)輪廓)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，所述人臉器官空間分布規(guī)則包含如下兩條 規(guī)則在人臉正視圖投影上，眉毛、眼睛、鼻子和嘴巴依次從上到下分布在人臉外輪廓內(nèi)，耳 朵則分布在人臉外輪廓兩側(cè)。本發(fā)明步驟二中包括以下步驟導(dǎo)入三維人臉網(wǎng)格模型作為三維人臉的模板模型，校正三維人臉網(wǎng)格模型在三維空間中的位置；根據(jù)草圖人臉外輪廓的整體形狀對(duì)三維人臉網(wǎng)格模型進(jìn)行全局調(diào)整，使得 三維人臉網(wǎng)格模型正投影的閉包矩形長寬比與草圖人臉外輪廓長寬比相等，并保持全局調(diào) 整前后三維人臉網(wǎng)格模型側(cè)投影的閉包矩形長寬比不變，所述草圖人臉外輪廓長寬比為r = a/b，其中a為草圖人臉外輪廓閉包矩形的長、b為草圖人臉外輪廓閉包矩形的寬；計(jì)算網(wǎng)格模型每一節(jié)點(diǎn)所在曲面的高斯曲率值，輸出曲面上高斯曲率大于一定閾 值的點(diǎn)，所述高斯曲率為& ，其中&和k2是指曲面上一點(diǎn)p處的兩個(gè)主方向的法曲率； 根據(jù)人臉器官空間分布規(guī)則預(yù)設(shè)面部各器官在正投影平面上的中心位置，根據(jù)正投影平面 上的平面距離關(guān)系將所述曲面上高斯曲率大于一定閾值的點(diǎn)聚類為多個(gè)人臉器官區(qū)域點(diǎn) 的集合，計(jì)算各人臉器官區(qū)域點(diǎn)的集合在正投影下的凸包得到三維人臉各內(nèi)輪廓；根據(jù)三維觀察規(guī)律選取滿足條件的點(diǎn)作為三維人臉外輪廓的點(diǎn)，所述三維觀察規(guī) 律即n(p) .v(p) =0，其中，p為三維網(wǎng)格上一點(diǎn)，n(p)為點(diǎn)p在網(wǎng)格上的單位法向量，v(p) 為視向量，其計(jì)算公式為v(P) = c-p，其中，c為三維觀察空間的視點(diǎn)位置。本發(fā)明步驟三通過草圖人臉輪廓和三維人臉輪廓的匹配來實(shí)現(xiàn)草圖人臉和三維 人臉模型之間的形狀映射，包括如下步驟從草圖人臉輪廓上提取出二維形狀特征點(diǎn)集 fp2d ；從三維人臉內(nèi)輪廓和三維人臉外輪廓上提取出對(duì)應(yīng)的三維形狀特征點(diǎn)集fp3d ；根據(jù)每 一個(gè)二維形狀特征點(diǎn)相對(duì)于草圖人臉中心之間的歸一化距離，計(jì)算三維形狀特征點(diǎn)集中每 一點(diǎn)的位移向量。所述二維形狀特征點(diǎn)提取包括如下步驟針對(duì)每一條草圖人臉輪廓筆畫，進(jìn)行筆 畫的折線段擬合，將折線段的各端點(diǎn)作為初步的二維形狀特征點(diǎn)，相鄰的端點(diǎn)構(gòu)成折線段 的子線段；計(jì)算各子線段的平均長度，在長度大于1.5倍平均子線段長度的子線段上插值 加入新的形狀特征點(diǎn)；提取出各條輪廓筆畫的形狀特征點(diǎn)，構(gòu)成二維形狀特征點(diǎn)集；所述三維形狀特征點(diǎn)提取包括如下步驟針對(duì)每一條草圖人臉輪廓，計(jì)算所述草 圖人臉輪廓上相鄰二維形狀特征點(diǎn)之間的距離占所在輪廓筆畫總長度的比例；在對(duì)應(yīng)的三 維人臉輪廓上，按相等的長度比例插值提取出相同數(shù)量的三維形狀特征點(diǎn)；提取出各條三 維人臉輪廓的形狀特征點(diǎn)，構(gòu)成三維形狀特征點(diǎn)集。本發(fā)明步驟四中包括以下步驟將三維形狀特征點(diǎn)集和各特征點(diǎn)的位移向量分別作為形變控制點(diǎn)集和形變參數(shù)， 采用徑向基函數(shù)方法進(jìn)行三維人臉模型的形變生成計(jì)算，所述形變控制點(diǎn)集為C = {cPl, cp2，…，cpN}，形變參數(shù)為Displacement = {diSl, dis2,…，disN}，其中N為控制點(diǎn)的數(shù) 目，cPi為控制點(diǎn)的在形變前的三維坐標(biāo)向量，dis,為控制點(diǎn)在形變后與形變前的坐標(biāo)差值 向量。所述徑向基函數(shù)方法包括如下步驟列出如下線性方程組/(X)=藝- cp,||)+ px + q-,
i=l
N5^=0;
i=l
N= 0；
,/=i每一個(gè)控制點(diǎn)cPi對(duì)應(yīng)一個(gè)基函數(shù)，有f (cPi) = diSi ；w = {W1,W2,，％}是N維 權(quán)重向量，其中&是第i個(gè)基函數(shù)的權(quán)重；px+q是修正項(xiàng)，P和q均為三維向量；本發(fā)明中
6r
取= o求解該方程組可得到w、p和q ；三維人臉網(wǎng)格模型各節(jié)點(diǎn)在形變后的位移向量可 通過f(Pi)計(jì)算得出，其中Pi是三維人臉網(wǎng)格模型原始節(jié)點(diǎn)集合中每一點(diǎn)在形變前的坐標(biāo) 向量，所述原始點(diǎn)集為P= {Pl，P2，…，PM}，M為網(wǎng)格模型節(jié)點(diǎn)的數(shù)目。有益效果本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)1、允許利用手繪草圖交互方式進(jìn)行三維人臉的 自由設(shè)計(jì)，提高了繪制方式的自然性和自由度；2、可以從導(dǎo)入三維人臉模板模型上自動(dòng)提 取出三維人臉輪廓，使得該方法具有較高的可操作性；3、本發(fā)明通過提取少量的形狀特征 點(diǎn)進(jìn)行形狀映射，三維模型形變過程的求解空間不大，滿足了三維人臉設(shè)計(jì)實(shí)時(shí)性的要求。


下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明做更進(jìn)一步的具體說明，本發(fā)明的上述和 /或其他方面的優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更加清楚。圖la和圖lb為本發(fā)明的一個(gè)應(yīng)用實(shí)施例示意圖。圖2是本發(fā)明的處理流程示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明公開了一種采用草圖創(chuàng)建三維人臉模型的方法，包括以下步驟步驟一，草圖人臉識(shí)別將待處理的草圖人臉進(jìn)行預(yù)處理，并根據(jù)人臉面部器官空 間分布規(guī)則識(shí)別出草圖人臉輪廓，即建立草圖人臉各筆畫與草圖人臉輪廓的對(duì)應(yīng)關(guān)系；步驟二，三維人臉特征提取導(dǎo)入三維人臉網(wǎng)格模型(所述三維人臉網(wǎng)格模型可 通過Maya、3DMaX等軟件生成)作為三維人臉的模板模型，分別從三維人臉網(wǎng)格模型上提取 出三維人臉內(nèi)輪廓和三維人臉外輪廓；步驟三，輪廓匹配從草圖人臉輪廓上提取二維形狀特征點(diǎn)集，從三維人臉輪廓上 提取出對(duì)應(yīng)的三維形狀特征點(diǎn)集，根據(jù)每一個(gè)二維形狀特征點(diǎn)相對(duì)于草圖人臉中心之間的 歸一化距離，計(jì)算三維形狀特征點(diǎn)集中每一點(diǎn)的位移向量；步驟四，三維人臉模型形變根據(jù)三維形狀特征點(diǎn)集和各三維特征點(diǎn)的位移向量， 通過三維人臉網(wǎng)格模型形變生成所述三維人臉模型。更具體地說，本發(fā)明支持用戶采用 字圖形輸入環(huán)境提交手繪草圖并自動(dòng)生成三 維人臉模型，其實(shí)施主要涉及草圖人臉識(shí)別、三維人臉特征提取、輪廓匹配和三維人臉模型 形變四大關(guān)鍵技術(shù)，其處理流程如圖2所示。草圖人臉識(shí)別是將用戶提交的手繪草圖人臉 筆畫作為人臉外形輪廓和內(nèi)部器官的輪廓筆畫進(jìn)行識(shí)別處理，提取草圖人臉輪廓；三維人 臉特征提取是指采用高斯曲率算法和三維觀察規(guī)律自動(dòng)計(jì)算導(dǎo)入的三維人臉網(wǎng)格模型的 三維人臉輪廓；輪廓匹配是在草圖人臉輪廓和三維人臉輪廓之間建立映射關(guān)系的過程，本 發(fā)明首先在草圖人臉輪廓上提取二維形狀特征點(diǎn)，然后在對(duì)應(yīng)的三維人臉輪廓上等距離比 例計(jì)算三維特征點(diǎn)建立映射關(guān)系；三維人臉模型形變是將三維人臉特征點(diǎn)作為形變控制 點(diǎn)，通過求解徑向基函數(shù)線性方程組的方法實(shí)現(xiàn)三維人臉模型的生成。下面分別介紹各部 分的主要流程1、二維草圖人臉識(shí)別二維草圖人臉識(shí)別首先需要對(duì)草圖人臉進(jìn)行預(yù)處理，然后通過草圖人臉特征提取找出輸入筆畫和人臉器官之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。1. 1草圖人臉預(yù)處理人臉外輪廓、眼睛、嘴巴等線條應(yīng)該是封閉的曲線，然而用戶在繪制這類筆畫時(shí)有 可能出現(xiàn)首尾交叉或者分離的情況，即為封閉性曲線的閉合性誤差。對(duì)首尾交叉的校正需 要判斷筆畫的起點(diǎn)和終點(diǎn)附近的子筆畫段是否相交，如果相交則剔除交點(diǎn)到起點(diǎn)和交點(diǎn)到 終點(diǎn)的子筆畫段。對(duì)首尾分離的處理時(shí)將筆畫的起點(diǎn)和終點(diǎn)附近的子筆畫段分別按一定比 例(相對(duì)于整條筆畫長度)進(jìn)行延長，起點(diǎn)處延長的方向與整條筆畫的繪制方向(時(shí)針順 序)相反，終點(diǎn)處延長的方向與該處的繪制方向相同；接下來的校正處理可轉(zhuǎn)化為對(duì)首尾 交叉情況進(jìn)行處理。不同筆畫在繪制的時(shí)針方向上可能不同，為方便后期處理需要進(jìn)行統(tǒng)一，本發(fā)明 將筆畫按筆畫總長度進(jìn)行五等分，除了筆畫首尾端點(diǎn)外有三個(gè)五等分點(diǎn)，判斷這三個(gè)點(diǎn)之 間是否是逆時(shí)針順序繪制，如果是則判斷該筆畫為逆時(shí)針繪制順序，將筆畫各點(diǎn)的順序進(jìn) 行反轉(zhuǎn)，可將筆畫調(diào)整為順時(shí)針順序。1. 2草圖人臉特征提取草圖人臉特征提取的目的是找出人臉外輪廓和面部各器官所對(duì)應(yīng)的草圖人臉筆 畫，這一過程實(shí)質(zhì)上也是對(duì)草圖人臉進(jìn)行解析的過程。用戶在設(shè)計(jì)人臉模型時(shí)，或者希望繪 制完整幅人臉再進(jìn)行建模，或者希望在繪制的同時(shí)及時(shí)生成人臉模型，為了支持這兩種設(shè) 計(jì)方式，本發(fā)明提出了草圖人臉的離線解析和在線解析方法。離線解析是指對(duì)用戶繪制完成的草圖人臉進(jìn)行解析，然后再進(jìn)行人臉建模。假定 一個(gè)人臉草圖由9部分組成外輪廓、左右眉毛、左右眼、鼻子、嘴以及左右耳朵。用戶對(duì)人 臉的繪制可以用多個(gè)筆畫來描述，而不限定每個(gè)部分用一個(gè)筆畫刻畫。因此如果當(dāng)前筆畫 數(shù)大于9，首先需要將這些筆畫進(jìn)行合并，方法如下輸入原始草圖經(jīng)數(shù)據(jù)過濾后的筆畫集合S= {Sl，S2，…，sN}，其中N>9。輸出經(jīng)過合并后的筆畫集合S' = {s' pS' 2，…，s' 9}具體包括如下步驟步驟1 將每個(gè)筆畫的采樣點(diǎn)按平面上順時(shí)針順序重新排列；步驟2 如果筆畫集合中筆畫數(shù)目等于9則轉(zhuǎn)步驟7執(zhí)行，如果筆畫數(shù)目小于9則 轉(zhuǎn)步驟8退出；步驟3 根據(jù)筆畫端點(diǎn)間的最小歐式距離找出兩個(gè)距離最近的筆畫；步驟4 合并這兩個(gè)筆畫，從筆畫集合中刪除這兩個(gè)筆畫；步驟5 在筆畫集合中加入合并筆畫；步驟6 轉(zhuǎn)到步驟2繼續(xù)執(zhí)行；步驟7 依次調(diào)整每個(gè)筆畫步驟7. 1 如果是封閉筆畫，找出豎直方向最上方點(diǎn)為起點(diǎn)，將筆畫調(diào)整為順時(shí)針 封閉曲線；步驟7. 2 如果是非封閉筆畫，判斷起始點(diǎn)位置，將筆畫調(diào)整為自屏幕左端起；步驟8:退出。本發(fā)明采用了人臉器官空間分布規(guī)則作為先驗(yàn)知識(shí)，即如下兩條規(guī)則在人臉正 視圖投影上，眉毛、眼睛、鼻子和嘴巴依次從上到下分布在人臉外輪廓內(nèi)，耳朵則分布在人臉外輪廓兩側(cè)。通過分析草圖人臉各筆畫之間的空間關(guān)系可以定位外輪廓和人臉各面部器 官所對(duì)應(yīng)的草圖人臉筆畫，具體算法步驟如下輸入經(jīng)過合并處理的筆畫集合S' = {s' pS' 2，…，s' 9}輸出草圖人臉筆畫與草圖人臉輪廓對(duì)應(yīng)關(guān)系具體包括如下步驟步驟1 如果筆畫數(shù)目小于9則轉(zhuǎn)步驟8退出(解析出錯(cuò))；步驟2 計(jì)算每個(gè)筆畫的閉包矩形；步驟3 找出最大閉包所對(duì)應(yīng)的筆畫，該筆畫對(duì)應(yīng)于人臉外輪廓；步驟4 在剩余筆畫中找出閉包矩形處于外輪廓內(nèi)且處于上方的四個(gè)筆畫，即為 眼睛和眉毛；步驟4. 1 根據(jù)閉包矩形的左右空間關(guān)系，判別左眉毛和左眼筆畫，右眉毛和右眼 睛筆畫；步驟4.2 根據(jù)閉包矩形的上下關(guān)系，分別區(qū)分左眉毛和左眼，以及右眉毛和右眼 對(duì)應(yīng)的筆畫；步驟5 剩余筆畫中找出閉包位于外輪廓內(nèi)切空間關(guān)系位于上方的，即為鼻子所 對(duì)應(yīng)的筆畫；步驟6 位于外輪廓內(nèi)的最后剩余的筆畫為嘴巴對(duì)應(yīng)的筆畫；步驟7 最后剩余的兩個(gè)筆畫分別為左右耳朵筆畫；步驟8:退出。草圖人臉的在線解析也是根據(jù)人臉器官空間分布規(guī)則完成。在觀察和分析設(shè)計(jì)師 設(shè)計(jì)人臉的繪制習(xí)慣后可以發(fā)現(xiàn)，設(shè)計(jì)師通常首先繪制人臉的外部輪廓，然后繪制面部各 器官(次序不確定)。在確定了人臉的外輪廓后，后續(xù)輸入的面部器官筆畫可以根據(jù)筆畫之 間的空間關(guān)系(設(shè)定一定的閾值)進(jìn)行定位。在外輪廓筆畫的矩形閉包已確定的情形下引 入各器官可判定區(qū)域的概念，即如果筆畫重心落在該區(qū)域中，則可初步判斷該筆畫為相關(guān) 器官的輸入筆畫，所述筆畫重心為該筆畫所有點(diǎn)的橫坐標(biāo)平均值和縱坐標(biāo)平均值所構(gòu)成的 點(diǎn)。以嘴巴的判定區(qū)域?yàn)槔?，根?jù)嘴巴在人臉面部的位置設(shè)定閾值(本發(fā)明設(shè)定橫坐標(biāo)的 閾值區(qū)間為
，縱坐標(biāo)的閾值區(qū)間為
)，即如果一條輸入筆畫的重心的 落在該區(qū)域則可視為嘴巴筆畫。由于眼睛和眉毛所處的區(qū)域接近，根據(jù)筆畫的類型(封閉 的橢圓和非封閉筆畫)作進(jìn)一步分析，以區(qū)分眉毛和眼睛，其中眼睛是封閉的橢圓型。2、三維人臉特征提取三維人臉特征提取是指從三維人臉網(wǎng)格模型中自動(dòng)提取出各主要輪廓線，包括外 輪廓和內(nèi)部器官輪廓兩類。本發(fā)明首先對(duì)導(dǎo)入的三維人臉網(wǎng)格模型在三維空間中的進(jìn)行全 局調(diào)整，然后分別根據(jù)高斯曲率算法和三維觀察規(guī)律提取三維人臉網(wǎng)格模型的內(nèi)輪廓和外 輪廓。2. 1三維人臉網(wǎng)格模型全局調(diào)整首先對(duì)三維人臉網(wǎng)格模型的位置進(jìn)行調(diào)整，使得人臉的正面朝向深度軸(Z軸)正 方向，人臉模型的頭頂朝向縱軸(Y軸)正方向，與Y軸垂直的水平橫軸為X軸，即XYZ軸與 OpenGL世界坐標(biāo)系相同；計(jì)算三維人臉網(wǎng)格模型的閉包立方體，將閉包立方體的中心平移 到三維坐標(biāo)原點(diǎn)；將Y坐標(biāo)值縮放至區(qū)間[-1，1]，X坐標(biāo)和Z坐標(biāo)按同比例進(jìn)行縮放，保持三維人臉網(wǎng)格模型的閉包立方體的長寬高比例不變；然后根據(jù)草圖人臉外輪廓的整體形狀對(duì)三維人臉網(wǎng)格模型進(jìn)行全局調(diào)整，保持三 維人臉網(wǎng)格模型縱向高度不變，根據(jù)草圖人臉外輪廓長寬比，將三維人臉網(wǎng)格模型沿著橫 軸方向進(jìn)行縮放，使得三維人臉網(wǎng)格模型正投影的閉包矩形長寬比與草圖人臉外輪廓長寬 比相等，在深度坐標(biāo)軸上也按同比例進(jìn)行縮放，保持縮放前后三維人臉網(wǎng)格模型側(cè)投影的 閉包矩形長寬比不變，所述草圖人臉外輪廓長寬比為r = a/b，其中a為草圖人臉外輪廓閉 包矩形的長、b為草圖人臉外輪廓閉包矩形的寬。2. 2三維人臉內(nèi)輪廓自動(dòng)提取曲面上一點(diǎn)p的兩個(gè)方向，如果它們既正交又共軛，則稱為曲面在p點(diǎn)的主方向； 兩個(gè)主方向上的法曲率(k” k2)稱為曲面在此點(diǎn)的主曲率；主曲率的乘積㈨ k2)稱為曲 面在P點(diǎn)的高斯曲率。曲面的高斯曲率是用來分析曲面形狀的一種重要工具，其值反映了 曲面在某一點(diǎn)處的彎曲程度(以及彎曲方向)。高斯曲率為正值表示該曲面是凸起的形狀， 為負(fù)值表示凹面形狀。人臉內(nèi)部器官輪廓上的點(diǎn)通常包含了大量凸起的點(diǎn)，如嘴唇，其對(duì)應(yīng) 較大的高斯曲率值。將曲面上高斯曲率大于某一閾值的點(diǎn)輸出并根據(jù)平面距離進(jìn)行聚類處 理可得到人臉器官區(qū)域點(diǎn)的集合，進(jìn)而可得到三維人臉的內(nèi)輪廓線。三維人臉網(wǎng)格模型的 內(nèi)輪廓自動(dòng)提取方法如下輸入三維人臉網(wǎng)格模型輸出三維人臉網(wǎng)格模型的內(nèi)輪廓線具體包括如下步驟步驟1 計(jì)算三維人臉網(wǎng)格模型每個(gè)節(jié)點(diǎn)處的高斯曲率(該節(jié)點(diǎn)處兩個(gè)主曲率的 乘積)；步驟2 輸出高斯曲率大于閾值的點(diǎn)，本實(shí)施方式中所述閾值預(yù)設(shè)為100，一般可 以設(shè)定范圍是[100，1000]，數(shù)值越大，所輸出的點(diǎn)越少；步驟3 根據(jù)人臉器官空間分布規(guī)則以及鼻尖位置預(yù)設(shè)左右眼中點(diǎn)、嘴巴中點(diǎn)、左 右耳朵在正投影平面上的中心位置，其中鼻尖的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)都預(yù)設(shè)為0 ；步驟4 根據(jù)平面距離關(guān)系進(jìn)行各人臉器官區(qū)域點(diǎn)的集合的聚類生成步驟4. 1 依次計(jì)算步驟2中所輸出的點(diǎn)與步驟3中所預(yù)設(shè)的各器官的中點(diǎn)位置 的平面距離，根據(jù)最短距離將步驟2輸出的點(diǎn)進(jìn)行聚類(生成左右耳朵、左右眼睛、鼻子、嘴 巴共6個(gè)人臉器官區(qū)域點(diǎn)的集合)，以人臉左眼睛為例，如果步驟2中輸出的某一點(diǎn)與左眼 睛的中心位置的平面距離最短，則將該點(diǎn)劃分到人臉左眼睛區(qū)域；步驟4.2 計(jì)算各人臉器官區(qū)域點(diǎn)的集合的中心，去除集合中離中心點(diǎn)的平面距 離超出一定閾值的點(diǎn)(本發(fā)明實(shí)施例中取閾值為0.3士0. 1)，并按照步驟4. 1重新進(jìn)行人臉 器官區(qū)域點(diǎn)的聚類；步驟4. 3 計(jì)算各人臉器官區(qū)域點(diǎn)的集合的閉包立方體，根據(jù)正常人臉的眼睛、嘴 巴高度占人臉高度的比例去除離閉包中心距離超出一定閾值的點(diǎn)(本發(fā)明實(shí)施例取閾值 為 0. 1 士 0. 02)；步驟5 計(jì)算對(duì)各人臉器官區(qū)域點(diǎn)的集合在正投影下的平面點(diǎn)集的凸包，以凸包 點(diǎn)的連線或者擬合拋物線作為各器官的輪廓線，所述平面點(diǎn)集的凸包是指一個(gè)最小凸多邊 形，滿足該點(diǎn)集中的點(diǎn)或者在多邊形邊上或者在其內(nèi)部，將相鄰的凸包點(diǎn)使用直線段相連可得到內(nèi)輪廓線；步驟6:結(jié)束。2. 3三維人臉外輪廓自動(dòng)提取從三維觀察的角度看，如果三維網(wǎng)格模型上某一點(diǎn)的法向量與當(dāng)前視向量相垂直 (即兩個(gè)向量的點(diǎn)積為0)，則該點(diǎn)可能是邊緣輪廓線上的點(diǎn)。具體為n(p) v(p) =0，其 中，p為三維人臉網(wǎng)格模型上某一節(jié)點(diǎn)，n(p)為節(jié)點(diǎn)p在該三維網(wǎng)格模型上的單位法向量， v(p)為視向量，其計(jì)算公式為v(p) =c_P，其中，c為三維觀察空間的視點(diǎn)位置。三維人臉 外輪廓的自動(dòng)提取方法如下輸入三維人臉網(wǎng)格模型輸出三維人臉網(wǎng)格模型的外輪廓具體包括如下步驟步驟1 計(jì)算三維人臉網(wǎng)格模型每個(gè)節(jié)點(diǎn)的法向量，即計(jì)算各節(jié)點(diǎn)所在網(wǎng)格面片 的法向量的平均值；步驟2 在Z軸正方向上設(shè)定觀察點(diǎn)，本發(fā)明中取觀察點(diǎn)的坐標(biāo)為(0，0，5)；步驟3 依次計(jì)算三維網(wǎng)格中每個(gè)節(jié)點(diǎn)的法向量與視向量的點(diǎn)積；步驟4 依次遍歷三維網(wǎng)格的每一各三角形面片步驟4. 1 測試當(dāng)前面在正投影下是否可見，不可見則繼續(xù)循環(huán)遍歷三角形面；步驟4. 2 若當(dāng)前三角形面片的三個(gè)頂點(diǎn)中某兩個(gè)點(diǎn)按步驟3所計(jì)算出的點(diǎn)積值 異號(hào)，即一個(gè)為正值，一個(gè)為負(fù)值，則認(rèn)為這兩個(gè)異號(hào)點(diǎn)所在邊上有點(diǎn)積為0的點(diǎn)存在，在 異號(hào)邊上插值計(jì)算出點(diǎn)積為0的點(diǎn)，加入候選輪廓點(diǎn)集合；步驟5 上述計(jì)算出的候選輪廓點(diǎn)不全是外輪廓點(diǎn)(如鼻梁和嘴巴也會(huì)有少量點(diǎn) 積為0的點(diǎn)存在)，需要如下進(jìn)一步處理步驟5. 1 依次遍歷候選輪廓點(diǎn)，如果兩個(gè)點(diǎn)所在的邊在同一個(gè)三角形面片上，則 認(rèn)為這兩個(gè)點(diǎn)屬于同一條輪廓線，將所有點(diǎn)分成若干條相連的輪廓線；步驟5. 2 找出兩條節(jié)點(diǎn)數(shù)最多的線，并判斷空間上下關(guān)系確定為上下外輪廓線， 二者共同組成三維人臉網(wǎng)格模型的外輪廓；步驟6:結(jié)束。3、輪廓匹配本發(fā)明將草圖人臉和三維人臉之間的形狀映射轉(zhuǎn)化為草圖人臉輪廓之間的映射， 即草圖人臉輪廓與三維人臉輪廓匹配。首先從草圖人臉輪廓中抽出能刻畫該輪廓筆畫幾何 形狀的特征點(diǎn)集，然后在三維人臉輪廓上提取出一一對(duì)應(yīng)的三維形狀特征點(diǎn)，最后根據(jù)每 一個(gè)二維形狀特征點(diǎn)相對(duì)于草圖人臉中心之間的歸一化距離，計(jì)算三維形狀特征點(diǎn)集中每 一點(diǎn)的位移向量。3.1 二維形狀特征點(diǎn)提取草圖人臉的形狀使用輪廓上的特征點(diǎn)來表征，即從輪廓筆畫上提取一些離散點(diǎn)來 表征該輪廓曲線的形狀，整個(gè)草圖人臉的形狀特征點(diǎn)構(gòu)成了一個(gè)二維形狀特征點(diǎn)集。二維 形狀特征點(diǎn)集有兩個(gè)性能要求1)能保留原始草圖中的刻畫人臉細(xì)節(jié)的局部特征；2) 二維 形狀特征點(diǎn)分布比較均勻。主要計(jì)算步驟如下首先在筆畫上找出包含更多形狀信息的點(diǎn)稱為筆畫關(guān)鍵點(diǎn)，其中關(guān)鍵點(diǎn)之間的筆畫段比較平滑，可近似認(rèn)為是直線段，整個(gè)筆畫也相應(yīng)地可看成由這些關(guān)鍵點(diǎn)相連所構(gòu)成 的折線段，本發(fā)明采用了筆畫的折線段擬合方法來找出這些筆畫關(guān)鍵點(diǎn)，作為初始的二維 形狀特征點(diǎn)，所述筆畫的折線段擬合是指將筆畫識(shí)別為折線段。相鄰的筆畫關(guān)鍵點(diǎn)構(gòu)成折線段的子線段，為了使得二維形狀特征點(diǎn)分布均勻， 計(jì)算出該筆畫折線段擬合后所有子線段的平均長度MeanLength;針對(duì)每一個(gè)子線段， 計(jì)算其長度為CurrentLength，如果CurrentLength超出一定閾值(本發(fā)明實(shí)施例中取 1. 5*MeanLength，閾值范圍可取[1. 4*MeanLength，2. 0*MeanLength])，則將該子線段平均 分為N段(N= [CurrentLength/MeanLengtW+1)，在該子線段首尾兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)之間等比線 性插值加入N-1個(gè)新的二維形狀特征點(diǎn)。依次處理每一條子線段后，可得到二維形狀特征點(diǎn)的集合。3. 2三維形狀特征點(diǎn)提取根據(jù)草圖人臉外輪廓特征點(diǎn)的最高點(diǎn)和最低點(diǎn)分別將人臉外輪廓?jiǎng)澐譃樽笥野?臉(如果草圖人臉上部和下部比較平，分別按一定閾值取上部和下部點(diǎn)的中間點(diǎn)作為最高 和最低點(diǎn))。嘴巴和眼睛的形狀相似，作相同處理，分別找出草圖人臉特征點(diǎn)中最左和最右 點(diǎn)，將輪廓分上下半部分。鼻子形狀較為特殊，本發(fā)明將其分為三個(gè)部分左邊部分、下面部 分和右邊部分。三維人臉網(wǎng)格模型的三維人臉輪廓也作相同劃分處理。草圖人臉外輪廓右半部分的特征點(diǎn)集合為FPright_outer_face_2D — {f"P2D—1，fP2D—2，，f"P2D_N^，其中fp2D」是最頂端點(diǎn)，fp2D N是最底部點(diǎn)，N為草圖人臉外輪廓右半部分的二維形 狀特征點(diǎn)數(shù)目。三維人臉網(wǎng)格模型外輪廓右半部分上對(duì)應(yīng)的特征點(diǎn)集合為FPright_outer_face_3D 一 {f"P3D—1，f"P3D—2，，f"P3D_N^，其中fp3D」是最頂端點(diǎn)，fp3D N是最底部點(diǎn)，三維人臉網(wǎng)格模型外輪廓右半部分上三 維形狀特征點(diǎn)數(shù)目也為N。上述二維—形狀特征點(diǎn)和三維形狀特征點(diǎn)之間的關(guān)系可由下面的 公式表示
Dis2D、fp2D fp2D jjy3D i) t Ar
Lengthright _outer _ jace 2D Lengthrigfu 一 outer _ jace—3D其中Dis2I^nDis3D分別為二維空間和三維空間中點(diǎn)之間的歐式距離計(jì)算函數(shù)； Lengthright 0Uter_face 2D和LengthHght—。utCT—fa。e—3D分別為草圖人臉外輪廓右半部分和三維人臉網(wǎng) 格模型外輪廓右半部分的長度。草圖人臉外輪廓左半部分的特征點(diǎn)集合為FPleft_outer_face_2D 一 {f"P 2D—1，f P 2D—2， ，f P 2D—|J，其中fp ‘ 2DJ是最頂端點(diǎn)，與fp2D」相同，fp ‘ 2D M是最底部點(diǎn)，與fp2D N相同，M為 草圖人臉外輪廓左半部分的二維形狀特征點(diǎn)數(shù)目。三維人臉網(wǎng)格模型外輪廓左半部分上對(duì) 應(yīng)的特征點(diǎn)集合為FPleft_outer_face_3D — {f"P 3D—1，f P 3D—2， ，f P 3D—|J，其中fp' 3DJ是最頂端點(diǎn)，與fp3D—i相同，fp ‘ 3DJ是最底部點(diǎn)，與fp3D—N相同，三維 人臉網(wǎng)格模型外輪廓左半部分上三維形狀特征點(diǎn)數(shù)目也為M。上述二維形狀特征點(diǎn)和三維 形狀特征點(diǎn)之間的關(guān)系可由下面的公式表示
Dis1D(Jp1D丄叫 ’fp1D i) = Dis^jfp^ ^ ,fp3D_, )M .
Lengthy一ouler_face_2D Length坤—ouler_face 3D其中Lengthleft。utCT fa。e 2D和Lengthleft。utCT fa。e 3D分別為草圖人臉外輪廓左半部分 和三維人臉網(wǎng)格模型外輪廓左半部分的長度。分別對(duì)嘴巴、眼睛和鼻子部分進(jìn)行類似計(jì)算，最終可得出與二維形狀特征點(diǎn)集合 可一一對(duì)應(yīng)的三維人臉形狀特征點(diǎn)集合。3. 3特征點(diǎn)位移向量計(jì)算計(jì)算二維形狀特征點(diǎn)相對(duì)于草圖人臉中心的歸一化距離(水平方向距離除以草 圖人臉外輪廓的寬度widths，豎直方向距離除以草圖人臉外輪廓的高度heights)，以此作 為對(duì)應(yīng)的三維形狀特征點(diǎn)在形變后相對(duì)于三維人臉網(wǎng)格模型中心(即三維坐標(biāo)軸原點(diǎn))的 在正投影下的歸一化距離，計(jì)算出三維形狀特征點(diǎn)在形變過后的新的坐標(biāo)位置，每一個(gè)三 維形狀特征點(diǎn)的新舊坐標(biāo)值的差值構(gòu)成該三維形狀特征點(diǎn)的位移向量。所述草圖人臉中心的坐標(biāo)為(lefts+rights/2，tops+bottoms/2)，width,= rights-lefts|, heights = tops-bottoms |，其中(lefts，tops)為草圖人臉外輪廓閉包矩
形的左上角坐標(biāo)、(rights, bottom,)為草圖人臉外輪廓閉包矩形的右下角坐標(biāo)。4、三維人臉模型形變將三維形狀特征點(diǎn)集和各特征點(diǎn)的位移向量分別作為形變控制點(diǎn)集和形變參數(shù)， 采用徑向基函數(shù)方法進(jìn)行三維人臉模型的形變生成計(jì)算，所述形變控制點(diǎn)集為C = {cPl, cp2，…，cpN}，形變參數(shù)為Displacement = {diSl, dis2,…，disN}，其中N為控制點(diǎn)的數(shù) 目，cPi為控制點(diǎn)的在形變前的三維坐標(biāo)向量，dis,為控制點(diǎn)在形變后與形變前的坐標(biāo)差值 向量。所述徑向基函數(shù)方法包括如下步驟列出如下線性方程組=- cp,||)+ px + q-,
i=l
N= 0 ;
；=1
N= 0； i=i每一個(gè)控制點(diǎn)cPi對(duì)應(yīng)一個(gè)基函數(shù)，有f(cPi) = diSi ；w = {W1,W2,，％}是N維 權(quán)重向量，其中&是第i個(gè)基函數(shù)的權(quán)重；px+q是修正項(xiàng)，P和q均為三維向量；本發(fā)明中
r
?、? 。求解該方程組可得到w、p和q ；三維人臉網(wǎng)格模型各節(jié)點(diǎn)在形變后的位移向量可 通過f(Pi)計(jì)算得出，其中Pi是三維人臉網(wǎng)格模型原始節(jié)點(diǎn)集合中每一點(diǎn)在形變前的坐標(biāo) 向量，所述原始點(diǎn)集為P= {Pl，P2，…，PM}，M為網(wǎng)格模型節(jié)點(diǎn)的數(shù)目。該方法中線性方程組的方程數(shù)目僅與特征點(diǎn)的數(shù)目相關(guān)，在求解出方程組的解之 后，網(wǎng)格模型各節(jié)點(diǎn)的位移通過函數(shù)f(x)直接計(jì)算可得，整個(gè)形變過程的計(jì)算量較小，可 滿足實(shí)時(shí)形變的要求。本發(fā)明中，如圖la所示的輸入的手繪草圖人臉正視圖，通過本發(fā)明所述的創(chuàng)建三 維人臉模型的方法，處理成如圖lb所述的三維人臉模型立體圖。本發(fā)明提供了一種采用草圖創(chuàng)建三維人臉模型的方法的思路及方法，具體實(shí)現(xiàn)該技術(shù)方案的方法和途徑很多，以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù) 領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這 些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。本實(shí)施例中未明確的各組成部分均可用現(xiàn)有技 術(shù)加以實(shí)現(xiàn)。
權(quán)利要求
一種采用草圖創(chuàng)建三維人臉模型的方法，其特征在于，包括以下步驟步驟一，草圖人臉識(shí)別將待處理的草圖人臉進(jìn)行預(yù)處理，并根據(jù)人臉面部器官空間分布規(guī)則識(shí)別出草圖人臉輪廓，即建立各草圖人臉筆畫與草圖人臉輪廓的對(duì)應(yīng)關(guān)系；步驟二，三維人臉特征提取導(dǎo)入三維人臉網(wǎng)格模型作為三維人臉的模板模型，分別從三維人臉網(wǎng)格模型上提取出三維人臉輪廓，所述三維人臉輪廓包括三維人臉內(nèi)輪廓和三維人臉外輪廓；步驟三，輪廓匹配從草圖人臉輪廓上提取二維形狀特征點(diǎn)集，從三維人臉輪廓上提取出對(duì)應(yīng)的三維形狀特征點(diǎn)集，根據(jù)每一個(gè)二維形狀特征點(diǎn)相對(duì)于草圖人臉輪廓中心之間的歸一化距離，計(jì)算三維形狀特征點(diǎn)集中每一點(diǎn)的位移向量；步驟四，三維人臉模型形變根據(jù)三維形狀特征點(diǎn)集和各三維特征點(diǎn)的位移向量，通過三維人臉網(wǎng)格模型形變生成所述三維人臉模型。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種采用草圖創(chuàng)建三維人臉模型的方法，其特征在于，步驟 一中包括以下步驟修正各草圖人臉筆畫的首尾端以校正筆畫的封閉性誤差從而完成所述預(yù)處理； 判斷各草圖人臉筆畫的繪制時(shí)針順序，將各筆畫統(tǒng)一調(diào)整為順時(shí)針方向； 采用基于人臉器官空間分布規(guī)則的匹配策略，確定草圖人臉筆畫與草圖人臉輪廓的對(duì) 應(yīng)關(guān)系；所述人臉器官空間分布規(guī)則的匹配策略包含如下規(guī)則在人臉正視圖投影上，眉 毛、眼睛、鼻子和嘴巴依次從上到下分布在人臉外輪廓內(nèi)，耳朵分布在人臉外輪廓兩側(cè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種采用草圖創(chuàng)建三維人臉模型的方法，其特征在于，步驟 二中還包括以下步驟校正三維人臉網(wǎng)格模型在三維空間中的位置，使得三維人臉網(wǎng)格模型的正面朝向深度 軸正方向，三維人臉網(wǎng)格模型的頭頂朝向縱軸正方向；計(jì)算三維人臉網(wǎng)格模型的閉包立方 體，將閉包立方體的中心平移到三維坐標(biāo)原點(diǎn)；將縱軸坐標(biāo)值縮放至區(qū)間[_1，1]；根據(jù)草圖人臉外輪廓的整體形狀對(duì)三維人臉網(wǎng)格模型進(jìn)行全局調(diào)整，保持三維人臉網(wǎng) 格模型縱向高度不變，根據(jù)草圖人臉輪廓中外輪廓的長寬比，將三維人臉網(wǎng)格模型沿著橫 軸方向進(jìn)行縮放，使得三維人臉網(wǎng)格模型正投影的閉包矩形長寬比與草圖人臉輪廓中外輪 廓的長寬比相等，在深度坐標(biāo)軸上也按同比例進(jìn)行縮放，保持縮放前后三維人臉網(wǎng)格模型 側(cè)投影的閉包矩形長寬比不變，所述草圖人臉輪廓中外輪廓的長寬比為r = a/b，其中a為 草圖人臉輪廓中外輪廓的閉包矩形的長、b為草圖人臉輪廓中外輪廓的閉包矩形的寬，從而 得到三維人臉外輪廓；計(jì)算三維人臉網(wǎng)格模型每一節(jié)點(diǎn)所在曲面的高斯曲率值，輸出曲面上高斯曲率大于一 定閾值的點(diǎn)，所述高斯曲率為h · k2，其中Ic1和k2是指曲面上一點(diǎn)ρ處的兩個(gè)主方向的法 曲率；根據(jù)人臉器官空間分布規(guī)則預(yù)設(shè)面部各器官在正投影平面上的中心位置，根據(jù)正投 影平面上的平面距離關(guān)系將所述曲面上高斯曲率大于一定閾值的點(diǎn)聚類為各人臉器官區(qū) 域點(diǎn)的集合，計(jì)算各人臉器官區(qū)域點(diǎn)的集合在正投影下的凸包得到三維人臉內(nèi)輪廓；根據(jù)三維觀察規(guī)則選取滿足條件的點(diǎn)作為三維人臉外輪廓的點(diǎn)，所述三維觀察規(guī)則 為η(ρ) ·ν(ρ) = 0，其中，ρ為三維網(wǎng)格上一點(diǎn)，η(ρ)為點(diǎn)ρ在網(wǎng)格上的單位法向量，ν(ρ) 為視向量，其計(jì)算公式為V(P) = c-p，其中，c為三維觀察空間的視點(diǎn)位置。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種采用草圖創(chuàng)建三維人臉模型的方法，其特征在于，步驟三中通過草圖人臉輪廓和三維人臉輪廓的匹配實(shí)現(xiàn)草圖人臉和三維人臉模型之間的形狀 映射，包括如下步驟從草圖人臉輪廓上提取二維形狀特征點(diǎn)集FP2d ；從三維人臉內(nèi)輪廓和三維人臉外輪廓 上提取出對(duì)應(yīng)的三維形狀特征點(diǎn)集FP3d ；計(jì)算二維形狀特征點(diǎn)集FP2d中的每一個(gè)二維形狀 特征點(diǎn)相對(duì)于草圖人臉中心之間的歸一化距離，計(jì)算三維形狀特征點(diǎn)集中每一點(diǎn)的位移向 量；所述提取二維形狀特征點(diǎn)集FP2d包括如下步驟針對(duì)每一條草圖人臉輪廓筆畫，進(jìn)行 筆畫的折線段擬合，將折線段的各端點(diǎn)作為初步的二維形狀特征點(diǎn)，相鄰的端點(diǎn)構(gòu)成折線 段的子線段；在長度大于一定閾值的子線段上插值加入新的二維形狀特征點(diǎn)；提取出各條 輪廓筆畫的形狀特征點(diǎn)，構(gòu)成二維形狀特征點(diǎn)集；所述三維形狀特征點(diǎn)集FP3d提取包括如下步驟針對(duì)每一條草圖人臉輪廓筆畫，計(jì)算 所述草圖人臉輪廓上相鄰二維形狀特征點(diǎn)之間的距離占該筆畫總長度的比例；在對(duì)應(yīng)的三 維人臉輪廓上，按相等的長度比例插值提取出相同數(shù)量的三維形狀特征點(diǎn)；提取出各三維 人臉輪廓的形狀特征點(diǎn)，構(gòu)成三維形狀特征點(diǎn)集。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種采用草圖創(chuàng)建三維人臉模型的方法，其特征在于，步驟 四中，將三維形狀特征點(diǎn)集和各特征點(diǎn)的位移向量分別作為形變控制點(diǎn)集和形變參數(shù)，采 用徑向基函數(shù)方法進(jìn)行三維人臉模型的形變生成計(jì)算。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種采用手繪草圖創(chuàng)建三維人臉模型的方法，包括以下步驟對(duì)待處理的草圖人臉進(jìn)行預(yù)處理，并根據(jù)人臉面部器官空間分布規(guī)則識(shí)別出草圖人臉輪廓，建立草圖人臉筆畫與草圖人臉輪廓的對(duì)應(yīng)關(guān)系；根據(jù)高斯曲率算法和三維觀察規(guī)律分別從作為模板的三維人臉網(wǎng)格模型上提取出三維人臉內(nèi)輪廓和三維人臉外輪廓；從草圖人臉輪廓上提取二維形狀特征點(diǎn)集，從三維人臉輪廓上提取出對(duì)應(yīng)的三維形狀特征點(diǎn)集，根據(jù)每一個(gè)二維形狀特征點(diǎn)相對(duì)于草圖人臉中心之間的歸一化距離，計(jì)算三維形狀特征點(diǎn)集中每一點(diǎn)的位移向量；根據(jù)三維形狀特征點(diǎn)集和各特征點(diǎn)的位移向量，通過三維人臉網(wǎng)格模型形變生成與草圖人臉相似的三維人臉模型。本發(fā)明支持利用已有三維人臉模型以手繪人臉輪廓的方式創(chuàng)建新的三維人臉模型。
文檔編號(hào)G06K9/46GK101853523SQ201010175220
公開日2010年10月6日 申請(qǐng)日期2010年5月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月18日
發(fā)明者孫正興, 宋沫飛, 張堯燁, 蔣維 申請(qǐng)人:南京大學(xué)