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虚拟“双簧”：三维人脸的唇动合成和表情合成

作　者: 王倩
导　师: 宋益波；姚鸿勋
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 计算机科学与技术
关键词: 人脸动画 CANDIDE-3 MPEG-4 水平集
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 41次
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内容摘要

三维人脸重建和人脸动画合成画是当前计算机图形学、计算机视觉和图像处理领域中一个热点研究课题,在视频会议、影视制作、通讯等方面有着广泛的应用,具有很大的应用价值和商业价值。本文提出了一个人脸唇动和表情动画合成系统,详细介绍了构造该系统涉及的人脸检测,人脸建模,特征选择,特征提取,表情动画等方面的技术。本文将在三维人脸重建的基础上,合成人脸动画,包括表情合成和嘴唇动画的合成。本文的动画合成是基于CANDIDE-3面部模型基础上的。为准确构建模型,提出基于Haar特征和AdaBoost算法进行人脸和眼睛区域监测方法,然后通过灰度投影提取眼睛特征,获取CANDIDE-3模型重建的参数。并通过侧面人脸图片获得模型深度数据,从而构建三维人脸模型。为完成三维人脸的唇动合成,需提取唇动特征点的运动数据,这项工作在语料库CAVDatabaseⅡ中完成。本文选取唇部的左右嘴角,上下嘴唇边界点特征点提取运动数据。在此项工作中,本文提出了基于水平集的轮廓提取方法提取运动特征数据,取得良好的效果。本文利用MPEG-4动画标准,在三维模型和唇动数据的基础上,分别对真实感三维人脸和二维卡通头像进行了唇动合成。并利用MPEG-4模型,建立了一个三层结构的动画模型框架,实现了定义的16种AUV和6种基本表情,并最终实现表情和唇动的叠加动画。最后,给出了系统整体流程框图、系统界面和对真实感三维人脸和二维卡通头像的最终动画合成效果。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-18
  1.1 课题来源及研究的目的和意义  9-11
    1.1.1 课题来源及课题背景  9-10
    1.1.2 研究的目的及意义  10-11
  1.2 研究现状及分析  11-16
    1.2.1 基于三维模型的人脸动画方法  11-13
    1.2.2 人脸动画驱动技术  13-15
    1.2.3 唇动合成方法分类  15-16
  1.3 本文的主要研究内容  16-18
第2章基于CANDIDE-3 面部模型的人脸重构  18-31
  2.1 CANDIDE-3 模型简介  18-19
  2.2 Haar 特征及其计算  19-23
    2.2.1 Haar 特征  19-20
    2.2.2 积分图  20-22
    2.2.3 计算Haar 特征  22-23
  2.3 AdaBoost 算法  23-24
    2.3.1 AdaBoost 简介  23
    2.3.2 训练误差  23-24
  2.4 人脸及眼睛检测算法  24-27
    2.4.1 Viola 经典检测框架  24
    2.4.2 基于Haar 型特征的弱分类器  24-25
    2.4.3 Cascade 结构  25-27
  2.5 眼睛特征提取  27-29
    2.5.1 眼睛区域的二值化处理  27
    2.5.2 眼球区域的投影和搜索  27-29
  2.6 模型参数获取及人脸重构  29-30
    2.6.1 模型参数获取  29
    2.6.2 CANDIDE-3 模型重构  29-30
  2.7 本章小结  30-31
第3章语料库基元运动特征提取  31-43
  3.1 数据库介绍及数据预处理  31-33
    3.1.1 数据库介绍  31-32
    3.1.2 数据采集与语料分割  32
    3.1.3 嘴唇特征点的选取  32-33
  3.2 基于水平集的唇区轮廓提取方法  33-41
    3.2.1 唇区检测和轮廓提取  33-34
    3.2.2 基于颜色空间的变化处理  34-36
    3.2.3 基于水平集的轮廓提取方法  36-41
  3.3 手工标注方法  41-42
  3.4 本章小结  42-43
第4章基于MPEG-4 标准的动画合成  43-56
  4.1 MPEG-4 人脸动画标准  43-51
    4.1.1 人脸特征点参数FDP  44
    4.1.2 人脸运动参数FAP  44-47
    4.1.3 人脸动画参数单元(FAPU)  47-48
    4.1.4 MPEG-4 与 CANDIDE-3  48
    4.1.5 FAP 驱动人脸动画基本原理  48-49
    4.1.6 FAP 驱动三维人脸网格点的计算  49-51
  4.2 人脸动画模型构建  51-53
    4.2.1 动画模型框架  51
    4.2.2 动画单元向量(AUV)  51-53
  4.3 人脸动画表情合成实验结果  53-55
    4.3.1 真实感三维人脸重建合成效果  53-54
    4.3.2 二维卡通人脸合成效果  54-55
  4.4 本章小结  55-56
第5章系统总体构架  56-64
  5.1 系统整体框架和工作流  56-57
  5.2 系统整合阶段需关注的问题  57-59
    5.2.1 音视素的映射处理  57-58
    5.2.3 动画参数的计算  58-59
  5.3 唇动和表情合成  59-62
  5.4 本章小结  62-64
结论  64-66
参考文献  66-70
附录  70-77
致谢  77

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