[發明專利]從人臉圖像快速構建高精度個性化人臉模型的方法

無效

• 申請號: 201110202376.7
• 申請日: 2011-07-19
• 公開（公告）號: CN102222363A
• 公開（公告）日: 2011-10-19
• 發明（設計）人: 不公告發明人
• 申請（專利權）人: 杭州實時數碼科技有限公司
• 主分類號: G06T17/00
• 分類號: G06T17/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明專利涉及計算機視覺和計算機圖形學交叉領域，特別是涉及一種從人臉圖像快速構建高精度個性化人臉模型的方法。

背景技術

計算機視覺和計算機圖形學技術的進步促進了互動式數字媒體產業的誕生和發展。虛擬角色作為參與者在虛擬世界中的代表，將現實世界中的人物代入到虛擬世界中，在影視制作、游戲娛樂、視頻通信等領域具有廣泛應用。人臉是人類表達感情、氣質和情緒最為重要的部分之一，具有個性化、多樣化、形象化等特征。隨著人們對虛擬角色娛樂性和真實感要求的不斷提高，構建與參與者本人相似的真實感虛擬角色成為學術界和工業界的研究開發重點。

至今已經有多種人臉建模方法提出。第一類是交互式人臉建模方法。建模人員利用通用三維建模軟件，例如Autodesk公司的3DS?MAX或MAYA，完全手動構建人臉模型的每個細節元素，其優點是對人臉建模細節的控制更加精確，缺點是建模操作復雜、建模工作量大，并且構建與真實人臉相似的人臉模型需要較高的建模技巧。第二類是三維人臉掃描方法。建模人員利用三維激光掃描儀對人臉進行數據采集，獲得人臉點云，然后進行去噪、光順、網格化等處理，生成三維人臉模型，其優點是建模精度高，缺點是操作復雜、建模速度慢，并且需要特殊的硬件設備，建模成本較高。第三類是從人臉圖像或人臉視頻中重建出三維人臉模型。這類方法使用人臉圖像或視頻中的幾何、紋理等信息驅動人臉模型逐步生成，其優點是建模速度快、操作簡便、建模成本低，缺點是建模精度有一定損失。

近年來，許多研究者都對第三類人臉建模方法進行了深入研究。一些研究者設計出了“Light?Stage?5”裝置，用于構建高度真實感的人臉模型及人臉表情。該人臉建模裝置包含156個LED結構光源和一個每秒可拍攝4800幀圖像的高速數碼相機，用于在各種光照條件下拍攝一組人臉照片并進行建模。該裝置已成功應用于電影《阿凡達》的特效制作和“The?Digital?Emily”項目中，雖然其重建的人臉模型非常真實，但是人臉建模時間較長、建模成本也較高，參見O.Alexander，M.Rogers，W.Lambeth，M.Chiang，P.Debevec，Creating?a?Photoreal?Digital?Actor：The?Digital?Emily?Project，SIGGRAPH?2009?Course?Notes：The?Digital?Emily?Project，12：1-12：15。為減少人臉建模復雜性，一些研究者使用7個數碼相機一次性拍攝一組人臉圖像，然后利用立體視覺原理重建出人臉模型，參見T.Beeler，B.Bickel，P.Beardsley，M.Gross，High?Quality?Single-Shot?Capture?of?Facial?Geometry，ACM?Transactions?on?Graphics，29(4)：40：1-40：9，但該方法制作成本仍然較高。還有一些研究者提出使用一張人臉照片構建人臉模型，雖然建模操作簡單實用，但是重建的人臉模型往往精度較低，參見Y.Ye，M.Zhang，H.Li，R.Jiang，X.Tang，Z.Pan，EasyFace：a?Realistic?Face?Modeling?and?Facial?Animation?Authoring?System，Proceeding?of?VRCAI?2009，113-117。

上述人臉建模方法，或是建模成本高，或是建模周期長，或是建模精度低，無法在保證較低建模成本的同時，又提供較高的建模精度和較快的建模速度。由于數碼相機目前已經成為非常普及的電子消費品，為滿足人們對虛擬角色娛樂性和真實感的要求，因此研發低成本、高精度、個性化的快速人臉建模技術十分必要。

發明內容

本發明克服了現有技術中的缺點，提供了一種從人臉圖像快速構建高精度個性化人臉模型的方法，結合計算機視覺和計算機圖形學前沿技術，可從5張人臉圖像中快速重建出個性化人臉三維幾何模型和高精度人臉二維紋理貼圖，既降低了建模成本又保證了建模精度，使得用戶利用普通數碼相機即可快速制作出自身的虛擬人臉模型，可應用于視頻游戲、數字娛樂、視頻通信等領域。

本發明的技術方案包括以下五個步驟：

1)從5個角度獲取5張真實人臉圖像

分別從人臉的正面、左側面45度、左側面90度、右側面45度、右側面90度拍攝5張人臉圖像，人臉圖像的分辨率應達到寬1024個像素和高1024個像素以上；

2)標記41個特征點的位置和特征點的對應關系