[發明專利]基于能量優化方法的3D人臉模型器官語義編輯方法及裝置

在審

• 申請號: 202211511895.6
• 申請日: 2022-11-30
• 公開（公告）號: CN115761199A
• 公開（公告）日: 2023-03-07
• 發明（設計）人: 李玉光;付慧群;陳霜玲;吳壯志;劉崇;周雪媚;王陽陽;王浩然
• 申請（專利權）人: 民政部一零一研究所
• 主分類號: G06T19/20
• 分類號: G06T19/20
• 代理公司: 北京中知法苑知識產權代理有限公司 11226
• 代理人: 常玉明;張蘭海

本發明涉及一種基于能量優化方法的3D人臉模型器官語義編輯方法，其特征在于，對給定的待編輯的3D人臉模型M，篩選需要進行編輯的人臉器官語義屬性集合A；采用拉桿控制語義屬性的取值α_i，改變模型在相應器官處的頂點所在位置；采用優化方法，最小化預先定義好的能量函數來確定其他頂點的位置；重復此操作直到得到滿意的人臉模型M′。本發明能夠對給定的3D人臉模型M，支持通過拉桿控制語義尺寸來對人臉模型M的器官進行編輯，用于解決現有編輯軟件需要大量手工操作、處理過程耗時耗力、準確度低的問題。

技術領域

本發明涉及計算機圖形學和幾何建模領域，尤其涉及一種基于能量優化方法的3D人臉模型器官語義編輯方法及裝置。

背景技術

隨著計算機圖形學、人臉建模等技術的發展，人臉建模技術已經廣泛應用于網絡社交、門禁安保、金融支付、美容整容等大眾消費領域，目前正在向遺容重建等領域滲透。但是，在身份證標準照、遺容重建等多數實際場景中，人臉模型的表情、姿態、器官形態等往往不能滿足實際的需要，尤其是在遺容重建領域，以上的條件往往更難得到滿足，導致了相關人臉技術應用的性能大幅度下降，以致難以在這些領域推廣，因此如何在已有3D人臉模型基礎上進行編輯一直是研究的熱點。

目前，市場上已經有多款軟件如meshlab等，能夠通過改變模型頂點位置來對人臉模型進行編輯，但因人臉模型相對較復雜(通常包括幾萬個頂點，而且頂點之間的連接更為密集，相互作用也更加復雜)，為使編輯后的模型看上去保持合理，需要比較仔細的人工調整，工作量很大，處理過程耗時、耗力，對使用者的使用技巧和能力都有比較高的要求。而現有的方法和裝置均針對的是一般3D模型，并沒有一種專門針對人臉器官(眼睛、鼻子、嘴巴等)語義屬性且方便使用者操作的編輯方法和裝置。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于能量優化方法的3D人臉模型器官語義編輯方法，同時提供一種基于能量優化方法的3D人臉模型器官語義編輯裝置。

本發明的目的是這樣實現的：基于能量優化方法的3D人臉模型器官語義編輯方法，其特征在于，對給定的待編輯的3D人臉模型M，篩選需要進行編輯的人臉器官語義屬性集合A；采用拉桿控制語義屬性的取值α_i，改變模型在相應器官處的頂點所在位置；采用優化方法，最小化預先定義好的能量函數來確定其他頂點的位置；重復此操作直到得到滿意的人臉模型M′。

本發明的目的還可以這樣實現：所述篩選需要進行編輯的人臉器官語義屬性集合A，包括：眼睛的寬度、高度、眼睛的睜開/閉合狀態；鼻子的高度、寬度，嘴巴的寬度、高度、嘴巴的張開/閉合狀態。

使用拉桿控制篩選出的語義屬性取值，實現對模型M的編輯和修改。

基于模型M中各頂點的位置變化以及各邊的旋轉情況R定義能量函數，在考慮已知位置約束的情況下采用優化方法去最小化E(V，R)，進而求解出所有頂點的位置；包括：

1)采用拉桿交互式控制待編輯的語義屬性；

2)將拉桿控制的頂點位置變化情況作為已知約束，采用local-global方法迭代求解能量函數E(V，R)的最小值；

3)能量函數E(V，R)取最小值時，所對應的V即為編輯后的模型的頂點位置。

本發明一種3D人臉模型編輯裝置，其特征在于，所述裝置包括預處理模塊和交互編輯模塊；

預處理模塊：根據待編輯的3D人臉模型M＝G(V，E，F)，確定并篩選需要進行編輯的人臉器官語義屬性集合A；對每個a_i∈A預設其控制點集合F_i，并確定a_i影響范圍的頂點集合V_i；a_i改變時需要更新的頂點集合V_i；