[發明專利]一種基于單張照片的真實感人臉生成方法

在審

• 申請號: 201610035432.5
• 申請日: 2016-01-19
• 公開（公告）號: CN105719326A
• 公開（公告）日: 2016-06-29
• 發明（設計）人: 談國新;孫傳明;張文元
• 申請（專利權）人: 華中師范大學
• 主分類號: G06T11/00
• 分類號: G06T11/00;G06K9/00
• 代理公司: 北京方圓嘉禾知識產權代理有限公司 11385
• 代理人: 董芙蓉

技術領域

本發明涉及一種三維人臉快速生成方法，具體地說，涉及一種基于單張照片的真實感人臉生成方法。

背景技術

人臉是情感表達和身份識別的重要部分。生活中我們通過人臉來識別身份，通過人臉來表達喜怒哀樂，人臉在我們平時的生活中起著舉足輕重的作用。隨著計算機圖形學的發展，針對特定圖形的人臉重建開始在許多領域被廣泛應用。構造一個具有真實感人臉的三維虛擬角色對增強用戶的興趣與參與主動性具有積極的作用。在游戲動漫、影視廣告、三維校園，數字旅游景區、虛擬更衣室等領域作為提高用戶感官體驗的手段之一，研究真實感程度較好、生成成本低廉，生成過程快速簡單的人臉模型生成技術具有重要的意義。

現有的人臉快速生成方法主要有通過三維掃描儀等設備獲取人臉三維數據，生成的模型逼真度高，但依賴大量的點云數據，技術要求較高，價格昂貴；此外還有使用多張正面和側面圖像通過視覺相關理論和算法實現人臉模型重建，該方法需要手工標定較多的特征點，輸入條件較為復雜。所以傳統人臉模型生成方法存在設備昂貴、實現過程復雜、實時性不足等問題，并不能完全滿足在虛擬場景中實時交互的需求。

發明內容

本發明的目的在于克服上述技術存在的缺陷，提供一種基于單張照片的真實感人臉生成方法，本技術使用的方法對用戶友好，所需特征點較少，只需一張正面照片和較少的特征點，即可由用戶參與自主完成的真實感人臉創建方法。該方法將用戶引入到人臉的創建過程，通過交互式選取少量的特征點，匹配適宜的人臉模型，實現從覆蓋紋理到中性紋理的映射，以及面部邊界的膚色融合，最后通過整體到細節分層次的模型調整，生成具有個性化的人臉模型。

其具體技術方案為：

一種基于單張照片的真實感人臉生成方法，包括以下步驟：

Step1.特征點標定：獲取正面二維人臉照片，對雙眼、鼻子、嘴等7個部分選取13個特征點進行標記，確定整個面部五官的大致位置；

Step2.模型匹配：比較照片與模型之間的特征點距離，在模型庫中匹配相似度最大的模型；

Step3.紋理映射：根據人臉的紋理貼圖模擬面部真實顏色，實現覆蓋紋理到中性紋理的映射，中性紋理是模型默認的紋理，覆蓋紋理為人臉照片，通過在兩層紋理中13個特征點及其周圍區域的映射，向匹配模型加入人臉照片的紋理特征；

Step4.膚色融合：使用一張Alpha圖，在人臉融合的邊界部位形成從覆蓋紋理到中性紋理的平滑過渡，同時，利用Alpha圖對眉毛、鼻梁等細節部位進行細微調整；

Step5.模型調節：通過向量差值的方法對匹配模型的嘴巴、眼睛、臉型等五官大小、位置等特性進行調節，生成符合其面部特征的個性化模型。

優選地，Step5中構造一個可用于調整人臉五官細微變化的模型調節器，生成個性化的逼真人臉；

如果把人臉網格中的頂點V_i＝(x，y，z)^T看成是向量組H₀＝(V₁，V₂，V₃，...，V_n)，n表示頂點的數量，對眼睛進行變換后(如改變大小)，一些點的位置發生改變，形成向量組H₁＝(V₁’，V₂’，V₃’，...V_n’)，對這種變換增加一個權值W，那么，從H₀到H₁中間所有的變換狀態H_x都能通過線性插值計算出來；

H_x＝H₀+W*(H₁-H₀)(1)

一種變換難以滿足人臉模型的需求，需要根據人臉的特征，選擇多種變換，為每個變換賦予一個權重值W，則m個變換的混合公式為：