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      基于單張照片的三維人臉表情合成

      2015-09-18 02:33:42新疆大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院烏魯木齊830046
      現(xiàn)代計(jì)算機(jī) 2015年14期
      關(guān)鍵詞:真實(shí)感人臉紋理

      趙 歡,趙 暉(新疆大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院,烏魯木齊830046)

      基于單張照片的三維人臉表情合成

      趙歡,趙暉
      (新疆大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院,烏魯木齊830046)

      提出一種基于單張照片的真實(shí)感三維人臉表情合成方法,首先自動(dòng)檢測人臉和定位關(guān)鍵點(diǎn);然后結(jié)合三維人臉模型實(shí)現(xiàn)人臉的重構(gòu);再根據(jù)肌肉模型的思想合成表情;最后合成模型的眼睛,增加表情真實(shí)感。該方法能夠合成出逼真、自然的表情。

      表情合成;三維人臉模型;紋理貼圖

      0 引言

      隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,三維人臉表情合成技術(shù)得到了長足發(fā)展,在國內(nèi)外都取得了許多優(yōu)秀的研究成果。根據(jù)數(shù)據(jù)形式的不同,人臉表情合成可分為二維表情合成[1]與三維表情合成[2~3]。在三維虛擬人臉建模中,根據(jù)建模方法的不同,又分為基于圖像的建模方法[4]、基于三維掃描儀的建模方法[5]和基于建模軟件的方法(3dsMax、Maya等)。再根據(jù)所采用的技術(shù)進(jìn)行分類,人臉表情合成又可分為混合樣本人臉表情合成、直接表情遷移方法和基于機(jī)器學(xué)習(xí)的真實(shí)感人臉表情合成等[6]。近年來,人臉表情合成技術(shù)已經(jīng)廣泛地應(yīng)用到了電影特效、虛擬主持、網(wǎng)絡(luò)會(huì)議等方面。本文提出一種基于單張人臉照片的簡單三維表情合成系統(tǒng),如今拍攝一張高質(zhì)量的照片非常方便,因此它比多張照片的合成方法更具實(shí)用性。

      1 三維人臉建模

      人臉的結(jié)構(gòu)很復(fù)雜,為了實(shí)現(xiàn)控制的動(dòng)畫,必須設(shè)計(jì)一個(gè)計(jì)算模型,把人臉的幾何表示和它的變形聯(lián)系起來。本文綜合分析以上方法的優(yōu)缺點(diǎn)及適用領(lǐng)域,結(jié)合自身項(xiàng)目的特點(diǎn),采用基于圖像的方法建立三維人臉模型。

      對(duì)真實(shí)感人臉建模的要求包括以下4個(gè)方面:逼真性、實(shí)時(shí)性,盡可能多地自動(dòng)完成建模過程以及對(duì)特定人臉的自適應(yīng)性?;趫D像的建模方法就是想把人臉建模過程以盡可能少的步驟完成,從而滿足人臉的建模要求。

      1.1一般人臉模型

      本文選擇由113個(gè)頂點(diǎn)和168個(gè)面片組成的Candide-3模型作為本文的參數(shù)化模型,其原因有兩個(gè):一是該模型容易控制,能夠生成因肌肉伸縮引起的細(xì)微表情變化;二是該模型容易擴(kuò)展。我們刪除了一些不必要的頂點(diǎn)又增加了嘴部細(xì)節(jié)需要的頂點(diǎn)后,現(xiàn)在有110個(gè)頂點(diǎn),如圖1所示。

      圖1  Candide-3模型

      1.2模型重構(gòu)

      我們首先用主動(dòng)形狀模型(Active Shape Model, ASM)[7]提取人臉照片上的關(guān)鍵特征點(diǎn)。得到的特征點(diǎn)二維坐標(biāo)后,我們選取了Candide-3模型上的30個(gè)頂點(diǎn)作為關(guān)鍵點(diǎn),對(duì)模型進(jìn)行調(diào)整。為了盡量用最少的點(diǎn)表示人臉的特征,我們選取的關(guān)鍵點(diǎn)包括臉部輪廓、眼睛區(qū)域、嘴巴區(qū)域、鼻子等特征點(diǎn)。如上圖紅色原點(diǎn)標(biāo)注所示。然后進(jìn)行全局變換,也就是修改模型整體輪廓,使其與圖像中人臉的臉型與五官的位置一致。本文在人臉圖像上選取了四個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn),分別位于兩個(gè)外眼角、鼻根和下巴,如圖2所示。

      圖2 臉部基準(zhǔn)點(diǎn)

      設(shè)圖像中四個(gè)點(diǎn)的二維坐標(biāo)分別為Dl(xl,yl),Dr(xr,yr),Dn(xn,yn),Dj(xj,yj),對(duì)應(yīng)的三維人臉模型上的二維坐標(biāo)分別DL(xL,yL),DR(xR,yR),DN(xN,yN),DJ(xJ,yJ),則人臉模型的縮放參數(shù)s的計(jì)算方法為:

      模型的位移參數(shù)t的計(jì)算方法為:

      接下來進(jìn)行局部變換。由于模型的頂點(diǎn)編號(hào)是有規(guī)定順序的,所以對(duì)于關(guān)鍵點(diǎn)的調(diào)整非常簡單,將模型上對(duì)應(yīng)點(diǎn)的位置變換到圖像上對(duì)應(yīng)特征點(diǎn)的坐標(biāo)位置即可。

      1.3建立三維人臉模型

      得到重建后的三維人臉幾何模型后,這時(shí)的人臉模型是由三角面片構(gòu)成的網(wǎng)格模型,缺乏真實(shí)感,需要用紋理映射技術(shù)恢復(fù)出面部的紋理信息。OpenGL為我們提供了強(qiáng)大的紋理貼圖方法,下面主要介紹OpenGL中紋理貼圖的原理與方法。OpenGL要求紋理圖像必須滿足的條件是:圖片的高度和寬度必須是2的n次方大小,否則紋理圖片無效。實(shí)現(xiàn)貼圖的主要函數(shù)有如下幾個(gè):

      (1)glGenTextures(1,&texture);//創(chuàng)建紋理

      (2)glBindTexture(GLTEXTURE2D,texture);//綁定紋理

      (3)glTexImage2D(GLTEXTURE2D,0,3,TexImage->sizeX,TexImage->sizeY,0,GLRGB,GLUNSIGNEDBYTE,TexImage->data);//生成紋理

      (4)glTexEnvi(GLTEXTUREENV,GLTEXTUREENVMODE,TextureMode);//確貼圖方式

      (5)glTexParameteri(GLTEXTURE2D,GLTEXTUREMAGFILETER,MagFilter);//設(shè)置參數(shù)

      (6)glTexCoord2f(0.0f,0.0f);//確定紋理坐標(biāo)

      本文中以人臉照片作為紋理,創(chuàng)建的投影矩陣為平行投影,當(dāng)模型上的特征點(diǎn)與圖像中的特征點(diǎn)匹配后,按上述方法對(duì)模型進(jìn)行紋理映射即生成真實(shí)感人臉模型。

      2 表情合成

      人臉表情的合成方法主要有參數(shù)化方法、肌肉模型和表情映射。

      MPEG-4標(biāo)準(zhǔn)的制定為參數(shù)化人臉模型提供了一個(gè)通用的平臺(tái),推動(dòng)了真實(shí)感人臉表情合成技術(shù)的發(fā)展。MPEG-4人臉動(dòng)畫框架下的人臉定義參數(shù)FDP定義人臉的形狀和紋理等特征,人臉動(dòng)畫參數(shù)FAP則用來描述人臉的各種基本動(dòng)作以驅(qū)動(dòng)模型生成人臉表情動(dòng)畫。在該標(biāo)準(zhǔn)里,通過84個(gè)特征點(diǎn)來控制模型,不論對(duì)于通用人臉動(dòng)畫還是特定人臉動(dòng)畫,都可以很好地描述。

      為了提高逼真度,Waters[8]提出了一種基于肌肉物理特性的模型,可以根據(jù)臉部肌肉的動(dòng)作來合成許多臉部組織的細(xì)微變形。該模型包含兩類肌肉:一類是一端固定在骨骼上,另一端連接在肌肉上,可以拉伸的線性肌肉;另一類是繞著中心點(diǎn)放大或者縮小的括約肌。模型采用彈簧模型來模擬皮膚和肌肉的運(yùn)動(dòng)。這種模型要求掌握臉部肌肉的解剖結(jié)構(gòu)、組織學(xué)、動(dòng)力學(xué)等方面知識(shí),該模型可以實(shí)現(xiàn)逼真的臉部變形。

      表情映射方法的基本思路是:給定某個(gè)人的中性臉和帶表情臉圖像,標(biāo)定對(duì)應(yīng)的特征點(diǎn)構(gòu)成形狀向量,由表情臉的形狀向量,減去中性臉形狀向量,得差向量,并將它作用到另一個(gè)人的中性臉特征點(diǎn)上,再M(fèi)or-phing該中性臉得到新表情。這種方法可以基于任意一張中性臉,合成出樣本表情。

      2.1基于FACS的人臉表情合成

      人臉表情編碼系統(tǒng)FACS(Facial Action Coding System)是Ekman等人[9]于1978年提出的。他們對(duì)臉部肌肉運(yùn)動(dòng)及其對(duì)表情的控制做了深入研究,制定出了這個(gè)盡最大可能區(qū)分面部運(yùn)動(dòng)的綜合系統(tǒng),是迄今為止最詳盡、最精細(xì)的面部動(dòng)作測量技術(shù)。本文主要基于FACS的肌肉運(yùn)動(dòng)思想合成臉部表情。FACS通過分析人臉的生理結(jié)構(gòu)定義了一組AU,不同的AU組合在一起可以產(chǎn)生不同的面部表情。例如:一個(gè)生氣的表情,是由AU4皺眉,AU5上眼臉上升,AU7眼輪匝肌內(nèi)圈收緊,和AU23嘴唇收緊組成的。表1中給出了六種基本表情涉及的AU。

      表1 表情對(duì)應(yīng)的AUs

      2.2眼睛處理

      在做出某些表情的時(shí)候,人們對(duì)眼睛部位的變化尤其敏感。使用原圖像作為紋理時(shí),眼睛睜大或者收縮時(shí),都會(huì)引起變形扭曲,極不真實(shí)。所以本文單獨(dú)合成了模型的眼睛,如圖3(左)所示為合成的眼睛紋理圖,圖3(右)是合成新的眼球。該方法的特點(diǎn)是,生成簡單,控制難。

      3 實(shí)驗(yàn)分析

      3.1三維人臉建模結(jié)果

      采用ASM方法定位人臉關(guān)鍵特征點(diǎn)的結(jié)果如圖4所示。在建立三維人臉模型時(shí),我們先進(jìn)行幾何模型變換,再進(jìn)行紋理貼圖。為了合成像照片一樣真實(shí)的三維人臉,我們?yōu)樵心P驮黾恿吮尘熬W(wǎng)格,貼圖后從正面看,幾乎與照片沒有差異,如圖5所示。

      圖3 眼睛紋理(左)、合成眼球(右)

      圖4 定位關(guān)鍵點(diǎn)結(jié)果

      圖5 三維人臉建模結(jié)果

      圖6 表情合成效果

      32表情合成結(jié)果

      本文在Visual C++和OpenGL平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)真實(shí)感人臉表情動(dòng)畫。我們分別合成了基本六種表情和一些獨(dú)立的AU動(dòng)作,如圖6所示,從左至右分別為高興、生氣、厭惡、悲傷、害怕、驚訝的表情。

      4 結(jié)語

      實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出,本文提出的基于單張照片的三維表情合成方法,基于FACS肌肉模型的思想,合成出的表情真實(shí)、自然,效果還是比較令人滿意的。我們今后工作的重點(diǎn)是考慮加入更多的表情動(dòng)作和提高方法的自動(dòng)化程度,致力于合成出更加豐富的三維人臉表情動(dòng)畫。

      [1]Zhang Qing-shan,Zi-cheng Liu,et al.Geometry-Driven Photorealistic Facial Expression Synthesis[J].IEEE Transactions on Visualization and Computer Graphics,2006,12(1):48~60

      [2]黃曉欽,林裕旭等.非線性聯(lián)合學(xué)習(xí)的三維人臉表情合成方法[J].計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與圖形學(xué)學(xué)報(bào).2011,23(2):363-370

      [3]Xianmei Wan,Xiaogang Jin.Data-Driven Facial Expression Synthesis Via Laplacian Deformation.Multimedia Tools and Applications [J],2012,58(1):109~123

      [4]Narendra Patel,Mukesh Zaveri.3D Facial Model Reconstruction,Expressions Synthesis and Animation Using Single Frontal Face Image[J].Signal,Image and Video Processing,2013,7(5):889~897

      [5]萬賢美.真實(shí)感人臉表情合成的關(guān)鍵技術(shù)研究[D].浙江:浙江大學(xué),2012

      [6]萬賢美.真實(shí)感3D人臉表情合成技術(shù)研究進(jìn)展[J].計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與圖形學(xué)學(xué)報(bào).2014,26(2):167~178

      [7]李皓,謝琛,唐朝京.改進(jìn)的多模版ASM人臉面部特征定位算法[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)輔助設(shè)計(jì)與圖形學(xué)學(xué)報(bào),2010,22(10):1762~1768

      [8]WATERS K.A Muscle Model for Animating Three-Dimensional Facial Expressions[J].Computer Graphics,1987,21(4):17~22

      [9]P.Ekman,W.V.Friesen.Facial Action Coding System[M].Consulting Psychologists Press,PaloAlto,CA,1978

      Facial Expression;3D Face Model;Texture Mapping

      Three Dimensional Facial Expression Synthesis Based on a Single Photo

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      趙暉(1972-),女,新疆烏魯木齊人,博士,教授,研究方向?yàn)槿斯ぶ悄堋⑶楦杏?jì)算、語音及數(shù)字圖像處理

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