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真实感三维人脸建模技术研究与实现

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第1章绪论

1.1研究背景

1.2研究意义及应用

1.3真实感人脸重建的研究现状

1.4主要研究内容

1.5本文的组织结构

第2章基于人脸结构生理学的人脸特征点定义

2.1人脸结构生理学

2.1.1颅骨内部结构

2.1.2人脸面部肌肉结构

2.1.3人脸主要器官的外形结构及分布

2.2面部特征点的选取与定义

2.3本章小结

第3章二维人脸特征点提取方法研究

3.1过程原理

3.2特征区域自动提取

3.2.1灰度化、去噪、增强

3.2.2正面照片的边缘提取、二值化与人脸区域的确定

3.2.3人脸面部器官的定位

3.3特征点自动标定

3.3.1眼睛特征点的定位

3.3.2鼻子特征点的定位

3.3.3嘴巴特征点的定位

3.4侧面人脸照片关键特征点的定位与提取

3.5本章小结

第4章基于颅面数据配准的特定人脸模型生成方法研究

4.1通用人脸模型生成

4.2基于CT数据的人脸面皮三维重建

4.2.1数据采取与预处理

4.2.2三维重建

4.3通用人脸模型的整体修改

4.4三维人脸重建模型与通用人脸模型的配准方法

4.5人脸模型的局部变形修改

4.6特定人脸模型生成方法与算法设计

4.7本章小结

第5章真实感纹理图像的融合与拼接

5.1纹理映射技术

5.1.1纹理映射

5.1.2纹理映射实现

5.2全视角人脸纹理图案的生成

5.2.1构造高斯金字塔

5.2.2构造拉普拉斯金字塔图像序列

5.2.3图像的重建

5.3柱面投影映射

5.4本章小结

第6章真实感人脸模型系统设计与实现

6.1系统结构功能描述

6.2真实感人脸模型系统功能结构

6.3真实感人脸系统流程

6.4真实感人脸系统实现

6.5本章小结

总结与展望

6.6本文工作总结

6.7进一步的研究

参考文献

参与的科研项目

致谢

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摘要

人脸在人类情感交流中起着决定性作用。随着数字化技术应用的普及和硬件技术的飞速发展,迫切要求能够更快速、更逼真的创建三维人脸模型。本文结合人脸结构生理学基础,定义人脸的特征点集;研究并实现了人脸照片的特征提取、纹理融合与映射;提出了一种基于数据规范化的特定人脸生成方法,实现了真实感人脸建模系统及其功能应用。本文的主要研究内容包括:
   1.实现了人脸特征点标定。从人脸部的结构生理特征出发,参照MPEG-4标准中定义的FDP人脸参数信息,结合本文三维人脸建模的实际需要,取定54个点作为人脸特征点集合。
   2.研究了人脸照片特征提取方法。聚类分析与二值化处理,结合积分投影方法,实现了人脸特征区域与特征点的自动标定,改进与简化了二维照片的特征提取实现过程。
   3.提出了三维人脸整体变形的方法。该方法通过CT切片数据进行预处理,采用MC算法实现三维人脸重构,结合重建模型的外形尺寸与二维照片的测量数据来调整通用人脸模型外形尺寸与五官位置,实现了通用人脸模型的整体变形。
   4.研究了三维人脸局部变形的方法。通用人脸模型与重建模型采用ICP算法配准对齐,根据配准结果采用DFFD算法对通用人脸模型进行局部变形调整,将经迭代配准调整后的通用人脸模型作为生成的特征人脸模型。
   5.实现了三维人脸的纹理贴图。对拉普拉斯图像塔形分解方法进行改进,三张人脸正侧面二维照片的拼接缝,并融合生成了全视角取纹理图,同时采用柱面映射的方法完成了三维人脸的真实感处理。
   6.真实三维人脸模型系统的实现。将二维照片特征点的手工标定与部分特征点的自动标定、图像拼接与融合、CT切片数据的三维重建、通用人脸模型配准与变形、生成真实感三维人脸模型等相关算法集成应用,设计并实现了真实感人脸模型系统。

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