三维人脸建模与表情动画技术研究

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1、硕士学位论文三维人脸建模与表情动画技术研究RESEARCHON3DFACEMODELINGANDEXPRESSIONANIMATIONTECHNIQUE商圣贺哈尔滨工业大学2009年12月-中图分类号：TP391.41学校代码：10213UDC：681密级：公开硕士学位论文三维人脸建模与表情动画技术研究硕士研究生：商圣贺导师：王轩教授申请学位：工学硕士学科、专业：计算机科学与技术所在单位：深圳研究生院答辩日期：2009年12月授予学位单位：哈尔滨工业大学-ClassifiedIndex:TP391.41U.D.C:681Dissertationfor

2、theMasterDegreeofEngineeringRESEARCHON3DFACEMODELINGANDEXPRESSIONANIMATIONTECHNIQUECandidate:ShangShengheSupervisor:Prof.WangXuanAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpecialty:ComputerScience&TechnologyAffiliation:ShenzhenGraduateSchoolDateofDefence:December,2009Degree-C

3、onferring-Institution:HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要创建逼真的三维人脸模型一直以来都是计算机图形学领域一个极具有挑战性的课题。人脸建模和表情动画作为虚拟现实技术和计算机图形学的一个分支已有30多年的历史。同时随着多媒体技术的迅速发展，计算机与人的交流日益增加，而人的面部传递着大量的信息，如情感、精神状态等，虽然每个人脸部特征很相似，但却有不同的表情特征，于是人脸建模与动画成为计算机视觉与计算机图形学领域重要的研究课题。本文的实现中,将人脸建模与动画分为：人脸特征点定义、人

4、脸模型重建以及表情动画合成三部分。人脸特征点定义主要是确定真实人脸的特征点选取。这些特征点要既能反映人脸的整体几何结构，又能表示五官的局部特征和在人脸上的位置分布。特定人脸模型的重建要通过从输入的正侧面照片中提取的特征点数据，对3D人脸模型分别进行正面调整和侧面调整，从而生成特定人脸的几何模型。然后采用圆柱形纹理映射的方法得到模型的纹理坐标，并通过OPENGL渲染得到真实感人脸模型。表情动画合成采用了MPEG-4标准，并结合面部生理结构的人脸运动模型，从而能比较精确的模拟出人脸表情动画。本文根据MPEG-4标准中人脸动画的工作原理，改进了MPEG-4

5、中已知FAP（FacialAnimationParameter,人脸动画参数）和FaceDefTables(人脸动画定义表)计算FAP控制区内点的坐标的算法，结合自动计算和手工操作，实现以FAP流驱动的人脸动画，最后生成了高兴，悲伤，愤怒，惊讶，厌恶，恐惧六种基本表情,具有逼真的效果。本文设计并实现了一个以两张正交照片为输入的人脸建模和表情动画合成系统。该系统输入简单，通用性强、数据量小、运算复杂度低、成本低廉等优点，可以应用于人性化人机交互、虚拟主持人、网络会议、可视电话、远程教学、远程医疗诊断、电影制作、游戏娱乐等诸多领域,具有广泛的应用前景。关

6、键词：人脸建模，正侧面照片，人脸动画，MPEG-4，OPENGLI哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractGeneratingrealistic3Dhumanfacemodelshasalwaysbeenapersistentchallengerproblemincomputergraphics.Themodelingandanimationofrealistichumanfacehasalmost30yearsasanidentifiablearea.Thehighdevelopmentofmultimediatechnologyrequir

7、esthatcomputerscancommunicatewithhumanbyrichbehavioremotion.Althoughthereisastrongresemblanceamongthefacialfeaturesofindividuals,humanfacesareactuallydistinct.Besides,facessurveythemostcomprehensiveinformationsuchasemotionandspiritcondition,sohumanfacemodelingandfacialanimation

8、areimportantresearchfieldsincomputervisionandcomputerg