【正文】 etric face model using variational techniques [A]. In: SIGGRAPH Proceedings[C],Orlando,FL,USA,1998:6774.]等人利用人體測(cè)量學(xué)知識(shí)，在人的頭部標(biāo)定一些能表現(xiàn)人物個(gè)性特征的特征點(diǎn)，然后根據(jù)人體測(cè)量方法測(cè)量特征點(diǎn)，同時(shí)確定特征點(diǎn)之間的關(guān)系。此后，許多專(zhuān)家學(xué)者在該領(lǐng)域進(jìn)行了更深層次的研究工作。人臉的表情特征會(huì)隨著參數(shù)的變化而改變?？傊?，作為計(jì)算機(jī)視覺(jué)領(lǐng)域倍受關(guān)注的熱點(diǎn)，真實(shí)感三維人臉建模技術(shù)的研究，不僅具有較高的理論研究?jī)r(jià)值，而且更具有潛在的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。經(jīng)過(guò)很多專(zhuān)家學(xué)者堅(jiān)持不懈的努力，在人臉識(shí)別領(lǐng)域已經(jīng)取得了很大成就。特別是當(dāng)學(xué)生聽(tīng)力或語(yǔ)言表達(dá)能力方面有缺陷時(shí)，只要預(yù)先設(shè)定程序，學(xué)生可以在人臉動(dòng)畫(huà)技術(shù)的支持下，一遍遍的跟這位虛擬老師學(xué)習(xí)。（6）計(jì)算機(jī)輔助教學(xué) 三維人臉建模技術(shù)可以應(yīng)用到計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)中。不斷成熟的三維人臉建模技術(shù)為心理學(xué)家進(jìn)行心理活動(dòng)和面部運(yùn)動(dòng)的研究提供了實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。雖然目前有多家通信公司推廣可視電話業(yè)務(wù)，而在通訊產(chǎn)品市場(chǎng)上也有很多成型產(chǎn)品在出售，但由于傳統(tǒng)的窄帶技術(shù)無(wú)法滿足網(wǎng)絡(luò)對(duì)帶寬和最大用戶數(shù)量的要求，再加上該產(chǎn)品高昂的通訊費(fèi)用，因而還沒(méi)有普及開(kāi)來(lái)。(4)通訊領(lǐng)域 自從電話進(jìn)入人們的生活后，給人們帶來(lái)很大的方便，它已經(jīng)成為人們?nèi)粘Ｉ畹囊粋€(gè)重要組成部分，但普通電話只是聲音的傳遞工具，隨著生活水平的提高，人們希望通話的同時(shí)可以看到對(duì)方。在三維游戲中，豐富多彩的背景、栩栩如生的人物形象都會(huì)讓玩家驚嘆不已，隨著三維建模技術(shù)的成熟，將會(huì)推出更多更好的三維游戲，而且在不久的將來(lái)，在游戲中可以允許玩家隨意更換角色造型，還可以把自己的形象放進(jìn)游戲中任意馳騁。三維人臉建模技術(shù)是人機(jī)交互領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)，它可以實(shí)現(xiàn)多通道、多媒體的智能化的人機(jī)交互。Morishima和Welsh等人將發(fā)展理想的用戶界面作為他們研究的一個(gè)長(zhǎng)遠(yuǎn)而重要的目標(biāo)[[] C. Beumier，M. Acheroy(2)人機(jī)交互界面 目前的計(jì)算機(jī)雖然在容量空間、處理速度方面有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，可以基本滿足社會(huì)生活的需要，但計(jì)算機(jī)主流界面GUI/WIMP的設(shè)計(jì)風(fēng)格卻不能令廣大用戶滿意。專(zhuān)業(yè)的影視制作人員一直在不斷尋找最優(yōu)的三維建模技術(shù)，從而給觀眾帶來(lái)最佳的視覺(jué)盛宴。三維人臉建模技術(shù)主要應(yīng)用于以下幾個(gè)方面。而且人們對(duì)利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行三維人臉建模的效果和質(zhì)量要求也越來(lái)越嚴(yán)格，人們不再僅僅滿足于動(dòng)作僵硬、表情呆板、背景單調(diào)的三維人臉及其動(dòng)畫(huà)，建模精確度高、模型表情豐富逼真的建模技術(shù)是該領(lǐng)域的研究者們共同追求的目標(biāo)。從可視電話到游戲娛樂(lè)，從多通道用戶界面到虛擬現(xiàn)實(shí)，到處都體現(xiàn)著人臉建模與動(dòng)畫(huà)的技術(shù)[[]Martinez A, Kak A 研究意義許多研究者充分利用計(jì)算機(jī)在處理圖像圖形處理方面的優(yōu)良性能，他們用計(jì)算機(jī)來(lái)模擬和演示三維人臉模型并取得了很大成就。目前，三維人臉模型已經(jīng)普遍應(yīng)用于科教、娛樂(lè)、醫(yī)療和安全檢測(cè)等多個(gè)領(lǐng)域，而且隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，三維人臉模型將會(huì)有越來(lái)越廣闊的應(yīng)用前景。在人臉識(shí)別方面，最終識(shí)別效果主要是由表情變化問(wèn)題來(lái)決定，如果充分利用三維信息來(lái)識(shí)別三維人臉模型，將會(huì)大大提高人臉識(shí)別的準(zhǔn)確率和魯棒性。Pattern Recognition，2006，39(3):444455]。而且三維建模需要專(zhuān)用的設(shè)備，需要處理的數(shù)據(jù)量大，不便于存儲(chǔ)及網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)葐?wèn)題需要進(jìn)一步改善[[]Alessandro Colombo，Claudio Cusano，Raimondo Schettini當(dāng)前雖然已經(jīng)在三維人臉重建方面取得了一些成就，但在實(shí)現(xiàn)完美的三維人臉構(gòu)建方面還存在有許多問(wèn)題，從幾何結(jié)構(gòu)上來(lái)看，人臉表面具有極其復(fù)雜的外部輪廓曲線和紋理信息，只有利用精深的數(shù)學(xué)方法才能描繪這些特性。近些年來(lái)，計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展日新月異，人臉建模技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域也日益廣泛，人們利用計(jì)算機(jī)優(yōu)良的數(shù)據(jù)計(jì)算和處理能力使人臉模擬技術(shù)日趨完善，不管是二維還是三維人臉圖像，都可以在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行模擬和演示。最初實(shí)現(xiàn)人臉模擬的方法包括美術(shù)繪畫(huà)、泥塑藝術(shù)、雕刻工藝等，隨著科技的進(jìn)步，出現(xiàn)了電影和照片，但其僅限于反映人臉在某個(gè)角度的二維信息。由于巨大的應(yīng)用前景和科學(xué)上的挑戰(zhàn)性，真實(shí)感三維人臉建模近些年來(lái)逐漸成為計(jì)算機(jī)及相關(guān)領(lǐng)域最熱門(mén)的研究方向之一。針對(duì)二維人臉識(shí)別的不足，科學(xué)家們提出利用三維人臉信息進(jìn)行人臉識(shí)別。當(dāng)前人臉識(shí)別的方法主要集中在二維圖像方面，其識(shí)別的準(zhǔn)確率在一定程度上由圖像來(lái)源和質(zhì)量決定。人臉表面具有十分復(fù)雜的幾何形狀和非常豐富的顏色紋理信息，而且兼有廣泛性和多樣性特點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)證明，本文提出的算法簡(jiǎn)便可行，有效避免了網(wǎng)格模型三角面片的扭曲，紋理映射效果生動(dòng)逼真，得到了具有真實(shí)感的三維特定人臉模型。根據(jù)合成的人臉紋理圖像的特點(diǎn)，分別計(jì)算出人臉模型的各個(gè)部分的紋理坐標(biāo)。(3) 利用三張照片進(jìn)行紋理合成。這兩步為后面?zhèn)€性化人臉模型的創(chuàng)建奠定了基礎(chǔ)。主要研究?jī)?nèi)容包括以下幾個(gè)方面：(1) 。摘要自Parke首次使用人臉參數(shù)模型生成三維人臉圖像以來(lái)，構(gòu)建逼真的三維人臉模型一直都是計(jì)算機(jī)視覺(jué)領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)。本文在對(duì)三維人臉建模技術(shù)認(rèn)真分析的基礎(chǔ)上，對(duì)基于二維圖像的三維人臉建模方法進(jìn)行了深入的研究。根據(jù)MPEG4的FDP標(biāo)準(zhǔn)，在正、側(cè)面人臉照片上標(biāo)出能基本反映人臉幾何形狀和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的特征點(diǎn)。(2) 采用了改進(jìn)的徑向基函數(shù)插值方法變換通用人臉網(wǎng)格模型,并對(duì)插值后的模型進(jìn)行二次平滑處理，得到的特定人臉模型幾何結(jié)構(gòu)更加自然。對(duì)三張照片分別進(jìn)行匹配融合，然后對(duì)融合后的圖像進(jìn)行二次融合處理，使最終得到的紋理圖像更加真實(shí)自然。(4) 把模型數(shù)據(jù)和紋理數(shù)據(jù)導(dǎo)入到Visual C++。關(guān)鍵詞：三維人臉建模，特定人臉模型，徑向基函數(shù)，紋理映射，OpenGL61AbstractSince the . Parke generated the first 3D human face image using a Parametric Model for Human Faces, it has been always a research hotspot to built vivid 3D human face model in the puter graphic area. After surveyed the 3D face modeling methods, the author carried out a thorough study in the 3D face modeling using 2D images. The research is posed as follows:(1). Exported the general face model from Poser . From front and side images, selected feature points, which correspond to MEPG4 FDP. These feature points can usually reflect geometrical shape and characteristics of human face. These two steps lay the foundation for generating the uping individual fiscal model.(2). Deformed the generic face model using the improved Radical Basis Function Interpolation and applied smooth treatment basing on the postinterpolation face model. After this step, the geometrical shape of generated 3D face grid model bees more natural.(3). Performed texture synthesis using three 2D images. Matched and smoothed these images separately. Then the texture images from the previous step was further performed second fusion, as a result, the human face texture image bees much smoother. From this point, based on the characteristics of the synthesized face texture, every texture coordinates of the face model can be puted, respectively. (4). The model data and texture data are imported into Visual C++ to perform texture mapping using OpenGL graphic library. This algorithm has been proved easier and feasible by the experiment. It can effectively prevent triangular facets of the grid model from distortion, making the texture mapping effect more vivid and giving specific 3D face model more realistic.Key words: 3D face modeling, specific face model, Radial Basis Function, texture mapping, OpenGL 目錄摘要 IAbstract II目錄 III第一章 緒論 1 研究背景 1 研究意義 2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 3 3 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀 5 三維人臉重建技術(shù)的分析比較 5 本文研究?jī)?nèi)容 6 本文的組織結(jié)構(gòu) 6第二章 基于圖像的三維人臉建模方法回顧 8 8 基于幾何的人臉建模方法 9 基于圖像的人臉建模方法 11 人臉建模中常用的技術(shù) 13 本章小結(jié) 14第三章 通用人臉模型的建立與人臉特征點(diǎn)的提取 15 通用人臉模型 15 通用人臉模型特征及構(gòu)造要求 15 通用人臉模型的獲取 16 基于MPEG4的人臉特征點(diǎn)定義 18 MPEG4標(biāo)準(zhǔn)下的FDP參數(shù) 18 本文選定的人臉特征點(diǎn) 19 本章小結(jié) 20第四章 個(gè)性化三維人臉建模 21 照片的預(yù)處理 21 人臉圖像的規(guī)范化調(diào)整 21 人臉圖像的歸一化處理 23 從正側(cè)面照片中恢復(fù)特征點(diǎn)的空間坐標(biāo) 23 特定人臉模型的構(gòu)建 24 一般人臉模型的整體變換 24 幾種常見(jiàn)的空間插值技術(shù) 25 模型的局部修改 28 徑向基函數(shù)簡(jiǎn)介 28 基于徑向基函數(shù)的三維人臉重構(gòu) 30 徑向基函數(shù)插值的三維人臉變形結(jié)果 31 三維人臉模型的二次平滑處理 32 本章小結(jié) 33第五章 真實(shí)感人臉紋理映射 34 紋理映射技術(shù)概述 34 紋理及紋理定義 34 紋理的分類(lèi) 34 紋理映射的建立 35 36 圖像的拼接 37 基于塔形分解方法的人臉紋理圖像二次融合 40 紋理映射的實(shí)現(xiàn) 44 紋理坐標(biāo)的計(jì)算 44 OpenGL中的基本紋理映射技術(shù) 45 48 本章小結(jié) 53第六章 總結(jié)與展望 54 總結(jié) 54 展望 54參考文獻(xiàn) 56致謝 60個(gè)人簡(jiǎn)介 61基于二維圖像的三維人臉建模技術(shù)研究第一章 緒論人臉是區(qū)分不同個(gè)體的最重要的特征，也是人體上最具表達(dá)力的一個(gè)組成部分。因此人臉識(shí)別是一項(xiàng)具有很大挑戰(zhàn)性的工作。因?yàn)槿菀资艿酵獠凯h(huán)境和對(duì)象自身?xiàng)l件的限制，最終識(shí)別結(jié)果往往不盡人意。從70年代以來(lái)，三維人臉建模技術(shù)日益引起人們的關(guān)注，許多不同領(lǐng)域的研究者提出很多創(chuàng)新方法，從而大大推進(jìn)了該技術(shù)的發(fā)展。 研究背景自人類(lèi)社會(huì)形成以來(lái)，人們對(duì)模擬人臉一直抱有濃厚的興趣。然而隨著科技的進(jìn)一步發(fā)展，在諸多領(lǐng)域單方向的人臉信息已經(jīng)不能滿足人們的需要，人們希望可以從各個(gè)方向觀察人臉，從而可以更便利的識(shí)別人臉對(duì)象?，F(xiàn)在三維人臉建模技術(shù)已經(jīng)作為一個(gè)研究熱點(diǎn)而廣受關(guān)注。表情動(dòng)作的仿真、頭發(fā)的模擬、光照強(qiáng)度的調(diào)整、真實(shí)感紋理映等這些問(wèn)題的徹底解決都有一定的難度，近些年來(lái)圖像圖形學(xué)專(zhuān)家一直致力于解決這些難題。3D face detection using curvature analysis[J]三維人臉建模雖然存在許多難以解決的問(wèn)題，但很多學(xué)者專(zhuān)家還是在堅(jiān)持不懈的致力于該方面的研究，主要有以下兩方面的原因：首先是現(xiàn)有的一些問(wèn)題用二維圖像的方法不能很好地解決。其次，三維人臉模型被廣泛應(yīng)用于社會(huì)生活的各個(gè)領(lǐng)域，具有廣闊的應(yīng)用前景。在盡可能地減少人工干預(yù)的條件下，創(chuàng)建精確、生動(dòng)逼真的三維人臉模型，這是本文的研究重點(diǎn)，旨在創(chuàng)建一些高效而簡(jiǎn)捷的方法來(lái)解決這些問(wèn)題。人臉動(dòng)畫(huà)已經(jīng)從傳統(tǒng)的關(guān)鍵幀技術(shù)發(fā)展到表演驅(qū)動(dòng)技術(shù)。PCA versus LDA[J]. IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence,2001,23(2):228233]。三維人臉建模系統(tǒng)的選擇與其所面向的應(yīng)用領(lǐng)域密切相關(guān)，不同的應(yīng)用領(lǐng)域具有不同的選擇標(biāo)準(zhǔn)。(1)影視制作 影視中虛擬主持人與虛擬演員的制作是三維人臉建模與動(dòng)畫(huà)技術(shù)在娛樂(lè)方面最明顯的應(yīng)用。從幾年前的我國(guó)的《寶蓮燈》到近期的《樂(lè)火男孩》，以及美國(guó)最近的電影《阿凡達(dá)》等