[發明專利]一種三維卡通人臉生成方法和系統

有效

• 申請號: 201310276346.X
• 申請日: 2013-07-03
• 公開（公告）號: CN103383778A
• 公開（公告）日: 2013-11-06
• 發明（設計）人: 劉軍發;陳益強;陳濤
• 申請（專利權）人: 中國科學院計算技術研究所
• 主分類號: G06T17/00
• 分類號: G06T17/00
• 代理公司: 北京泛華偉業知識產權代理有限公司 11280
• 代理人: 王勇

技術領域

本發明涉及計算機圖形圖像處理技術，特別涉及一種三維卡通人臉生成方法和系統。

背景技術

人臉藝術造型，特別是三維卡通人臉，因其既與原型人臉相似，又具有一定的藝術夸張效果，以及能夠給觀眾帶來更好的親和力，所以在現代數字生活中（例如在線游戲、卡通影視、虛擬社區等場景中）具有重要的應用意義。

目前，獲得三維卡通人臉有兩條途徑。途徑一是由美工人員通過手工方式在專業軟件（如MAYA、3DS?MAX等）環境下完成，整個制作過程耗時耗力且需要較強的專業技能；途徑二是借助研究人員提供的計算機技術快速生成人臉藝術造型。其中，Fujiwara等人開發了PICASSO造型系統，該系統首先統計平均人臉參數，然后夸張輸入人臉與平均人臉的差異，整個造型生成過程較為自動化。Akleman提出了一種交互式制作三維藝術造型的方法，該方法首先觀察輸入的人臉特征，然后使用一些立方體或圓柱體來描述這些特征，此方法可以生成具有較高藝術感的三維造型，但需要很豐富的藝術背景知識。Shadbolt首先從兩張正交的照片恢復該人臉的三維結構，然后通過比較輸入人臉與真實人臉的差異對人頭模型進行變形，但是該工作對目標人臉的特征表達不夠具體、突出。Lee等人為三維人臉模型定義了一套RBF（Radial?Basis?Function）的控制點和肌肉向量規范，然后基于正面和側面照片重建三維人臉模型，調節這些控制點與肌肉向量則可以交互操作方式產生形變效果。除此之外，國內的多個研究團隊也在這個方面開展了大量研究工作。其中，潘志庚等人提出了一種自動生成變形人臉的方法與系統，采用改進的ASM（Active?Shape?Model）從單張照片中提取特征點，并且基于平均人臉將特征點進行夸張，同時利用RBF函數進行全局人臉變形。

然而，現有的三維卡通人臉生成方法在進行夸張的同時往往沒有考慮到與真實人臉的相似性，從而導致生成的三維卡通人臉無法兼顧藝術效果和與真實人臉的相像程度。

發明內容

根據本發明的一個實施例，提供一種三維卡通人臉生成方法，所述方法包括：

步驟1）、設置可調節藝術造型參數α_i，基于主成分子空間和α_i生成三維真實人臉模型X₃的三維卡通人臉X₃(i)；

步驟2）、計算生成的三維卡通人臉X₃(i)的藝術性指標的值和與對應的真實人臉的相似性指標的值，其中所述藝術性指標體現α_i的大小，所述與對應的真實人臉的相似性指標體現X₃(i)與對應的真實人臉之間的相似距離；

步驟3）、判斷生成的三維卡通人臉X₃(i)的藝術性指標和與對應的真實人臉的相似性指標是否滿足預定條件，如不滿足則重復步驟1）重新設置可調節藝術造型參數α_i且重新生成相應的三維卡通人臉X₃(i)，以及重復步驟2）重新計算生成的三維卡通人臉X₃(i)的藝術性指標的值和與對應的真實人臉的相似性指標的值，直到生成的三維卡通人臉X₃(i)的藝術性指標和與對應的真實人臉的相似性指標滿足預定條件。

在一個實施例中，步驟1）中基于主成分子空間和α_i生成三維真實人臉模型X₃的三維卡通人臉X₃(i)包括：根據下式獲得X₃(i)，

X₃(i)=X₃+Pα_i，

其中，X₃為三維真實人臉模型，P為構成所述主成分子空間的特征向量矩陣，α_i為可調節藝術造型參數。

在一個實施例中，步驟3）包括：

步驟31）、根據下式計算最大化優化目標函數f(i)：