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面向影视特效的虚拟演员真实感三维人脸建模研究

童晶  
【摘要】:三维人脸建模近30年来一直是计算机视觉和计算机图形学领域的研究热点,其在影视特效、人机交互、电子游戏、通讯等方面都有着广泛的应用。本文主要针对影视特效领域,利用LS 5000型三维激光扫描仪,提出了一套高效的虚拟演员真实感三维人脸建模方法。整个算法只需要输入真实演员人脸的三维点云数据和未定标的照片,即可得到真实感的三维人脸模型(包括几何模型、纹理模型和可变模型),且输出的模型简洁规范,可以直接应用于实际的影视特效制作中,极大地提高了虚拟演员的制作效率。 本文首先构造一个顶点数目、顶点分布、拓扑结构、二维参数化纹理坐标都非常适合影视特效中使用的三维人脸基本网格;为了表现人脸丰富的表情和各种动作,我们建立了人脸基本网格的可变模型。利用LS 5000型三维激光扫描仪扫描真实演员人脸,可以得到其三维人脸点云数据。由于扫描仪硬件的局限性,点云数据顶点数目过多,且存在毛刺、空洞等问题,因此点云数据不能直接应用于影视特效中。本文利用一种基于基本网格变形的三维人脸简化方法,用基本网格逼近拟合点云,变形后的基本网格在精确地反映特定人脸生理特征的前提下还保留了基本网格较好的结构,得到了适合影视特效中使用的三维人脸几何模型。为了向人脸模型添加颜色纹理信息,随后本文利用一种三维人脸纹理映射方法,先求出特定人脸未定标的照片和其简化网格的对应关系,再利用简化网格的纹理坐标求出其二维纹理贴图,由此向三维人脸网格增加了真实的颜色纹理信息。利用简化算法输出的规范模型,基于融合形态的方法,我们建立了三维人脸的可变模型,以便完美地再现真实演员人脸丰富的表情和各种动作。实验表明,该算法快速稳定,输出的真实感三维人脸模型达到了实际影视特效制作中的要求。


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