动漫人物面部表情变形控制技术的研究及应用

摘要

本论文以已有的CVIDraw中的图形变形交互技术为基础，深入系统地研究了一系列更加灵活和可控的动漫人物表情变化方法。在传统的动漫人物图形图像中融入变形和约束信息，使其能够在用户的交互控制下灵活地变形，以便高效地获得各种动漫人物表情式样，形成新型的更加灵活的动漫图形动画制作模式。全文从以下三个部分进行了研究：第一部分是人脸表情变化过程中面部特征点运动规则的获取；第二部分是有约束的动漫人脸可变形模型的构造；第三部分是对无约束的动漫人脸造型的网格驱动变形技术。三部分相辅相成，共同构成了一套完备的动漫人物面部表情变形的控制方案。其中主要的研究工作和观点有： (1)采用一种基于MPEG-4和PCA的动漫人脸变形规则的获取技术。在获取动漫人脸的变形规则时，对从真实人脸表情变化图象序列中提取的兼容MPEG-4人脸动画标准的特征点的位置信息，使用PCA技术获得特征点变化的主成分，并在此基础上求解量化的情绪参数与主成分的系数向量之间的逼近函数，再采用插值方法计算出特定情绪参数下的人脸特征点位置。 (2)构造了一个基于CVIDraw的动漫人脸可变形模型，并在实际卡通动漫人物制作过程中得到应用。提出了一种基于关键点位置矩阵的可变形图形的生成方法，有效地解决了可变形图形的最优控制点的自动化获取问题。再结合人脸表情变形规则，将变形规则嵌入到动漫人脸模型中去，使得用户只需简单地交互控制人脸图形上的控制点，便可方便地得到各种卡通动漫人脸表情式样。 (3)提出一种基于特征点运动分解和散乱灰度数据插值的网格图象变形算法，以改进传统的两步扫描网格变形法在扫描顺序和变形效果上的不足。将原始图象的象素坐标一次性映射至目标图象，再对映射后得到的散乱坐标点的灰度进行散乱数据插值以恢复目标图象的象素信息。为了提高灰度映射的效率，引入一种基于Delaunay三角剖分的三角线性插值的方法来处理大规模散乱数据的插值。为把基于特征点变化的动漫人物面部表情生成方法应用到更为一般的、无约束的动漫造型上提供了可行的底层支持工具。 大量的实例制作和在CVIDraw中的应用情况表明本文所提出的动漫人物面部表情变形的控制方案具有较强的技术性和实用性。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：图表目录

声明

致谢

第一章导论

1.1本论文研究的背景、目的

1.2本论文的研究内容及拟解决的关键问题

1.2.1研究内容

1.2.2本论文拟解决的关键问题

1.3本论文的篇章结构

第二章国内外相关领域的理论研究及应用产品分析

2.1引言

2.2相关理论的研究现状

2.2.1常见的虚拟人物面部表情生成及动画技术

2.2.2常见的基于特征点的图象变形技术概述

2.2相关软件产品的性能分析

2.4本章小结

第三章基于MPEG-4和PCA的动漫人脸变形规则的获取技术

3.1引言

3.2参照MPEG-4的人脸特征点定义

3.3基于PCA的特征点运动规则获取

3.4新表情下特征点位置的获取

3.5实验与讨论

3.6本章小结

第四章基于CVIDraw的动漫人脸可变形模型的构造方法

4.1引言

4.2一种基于关键点位置矩阵的可变形图形的生成方法

4.2.1图形的位置矩阵和位移矩阵的构造

4.2.2变形控制点的选取

4.2.3一个简单的算例

4.3动漫人脸可变形模型的构造

4.4应用实例

4.5本章小结

第五章 基于散乱数据插值的网格图象变形算法

5.1引言

5.2网格图象变形概述

5.3两步扫描网格变形法及其缺陷

5.4基于散乱数据插值的特征点网格图象变形方法

5.4.1网格的构造

5.4.2特征点的运动分解

5.4.3象素坐标映射

5.5散乱灰度数据插值

5.5.1散乱数据插值

5.5.2构造二维散乱坐标点的Voronoi图

5.5.3二维散乱坐标点的Delaunay三角剖分

5.5.4三角线性插值

5.6实验与讨论

5.6本章小结

第六章总结与展望

6.1全文总结

6.2工作展望

参考文献

研究生期间发表论文情况