基于交互式进化计算的动漫人物人脸造型设计方法技术

本发明专利技术提供一种基于交互式进化计算的动漫人物人脸造型设计方法，在交互式进化计算对坐标值优化之前，对人脸坐标值之间的相关关系表示为优化的约束条件；对人脸坐标个数采用压缩表示方法，减少待处理的数据量；经过压缩处理后，根据其等值关系对人脸坐标进行编码，进一步减少待处理的数据量；对人脸造型中人眼的优化采用对仿射变换参数优化的方法，进一步减少待处理的数据量。交互式进化计算结合用户对人脸的评价，迭代执行选择、交叉和变异进化操作，实现对人脸造型的设计。该方法能有效提高动漫人物人脸造型设计的效率，有效地降低了人脸造型设计的进入门槛，普通的用户也可在该方法的协助下，完成专业的人脸造型设计。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及计算机图形领域，特别是动漫人物人脸造型的优化设计方法，以及交互式进化计算领域。
技术介绍
动漫人物的人脸造型是影响动漫产品市场占有率的一个重要因素。特色显明的人脸造型往往需要高水平的设计人员，动漫公司要为此支付较高的成本，而低水平的设计效果很难令人十分满意；另外，受设计人员数量的限制，动漫人物造型人脸部分的设计风格变化少，设计风格单调，多样性较差；由此带来的问题是，同一公司的不同动漫产品中，不同的人物，具有极其相似甚至相同的造型，观众满意度较低。另外，人脸造型设计过程中，因为人脸特征点较多，特征点之间的关联复杂，手工操作调整人脸特征点取值极其繁琐。而常规的计算机辅助的优化方法，因为人脸特征点坐标构成的搜索空间较大，所以搜索效率较低。综上，目前人脸特征点优化过程中主要存在的3个问题：（1）优化设计效果依赖于高水平的设计人员、（2）优化设计风格多样性差、（3）常规计算机辅助人脸优化设计效率低。人脸特征点的标准模型Candide 3是学术与工业界采用的主要标准模型之一，主要用于人脸识别、表情识别等领域。交互式进化计算是一种结合了人的鉴赏能力对复杂问题进行优化的方法，该方法能够帮助普通的用户设计出专业级的产品。交互式进化计算基于用户的鉴赏评价，获取用户的偏好心理空间信息，并基于这些偏好信息对设计方案进行自动地搜索与优化。利用交互式进化计算方法，结合Candide 3人脸模型，进行动漫人物的人脸造型设计，充分利用设计师或普通用户的鉴赏能力和交互式进化计算的寻优能力，并通过数据压缩减小搜索空间，通过约束条件形成规范的人脸造型，达到减小对设计师依赖，提高设计风格多样性和设计效率的目的。山东师范大学刘弘等提出了“一种基于遗传算法的动漫模型设计方法”的专利技术。该专利技术主张的设计方法共分为3个阶段。第一阶段是得到基本动漫模型，第二阶段是基于相邻结构线判别删减对基本动漫模型优化，第三阶段是基于遗传算法对动漫模型进化。但该专利技术申请没有针对动漫模型中的人脸的设计申请专利技术，而动漫人脸却是观众最注重的一个环节。本专利技术申请对动漫人脸设计的专利技术。中国矿业大学孙晓燕等提出了“基于交互式进化优化的图书个性化搜索方法”的专利技术，该方法利用CP-net进行图书搜索。将整个进化优化过程分为三大功能模块，包括：初始化CP-net、CP-net更新、基于CP-net的交互式进化。同理，该专利技术申请没有针对动漫中人物的人脸主张专利。郑州航空工业管理学院郭广颂等提出了“一种用于便携式酒壶设计的混杂型交互式进化优化方法”，该专利技术旨在提高酒壶个性化设计的效率，并采用单一数值型与区间数值型混杂个体适应值赋值方法。但该专利技术也没针对动漫中人物的人脸主张专利。
技术实现思路
本专利技术给出一种基于交互式进化计算的动漫人物的人脸造型设计方法，包括通过对标准人脸模型中特征点的坐标值的约束处理、对特征点的坐标值的压缩、对人眼特征点的仿射变换处理，利用交互式进化计算方法对坐标值进行优化设计。该专利技术有助于动漫公司减少对设计人员的依赖，有助于发挥普通用户鉴赏能力，并有助于提高人脸造型设计的多样性。一种基于交互式进化计算的动漫人物人脸造型设计方法，该方法包括如下步骤：步骤一、预处理，包括：选择Candide 3标准人脸模型，基于人脸的对称性、人脸无向图表示对应的邻接矩阵的对称性、无向图的稀疏性、人脸无向图的无权性、人脸特征点坐标的等值关系进行数据压缩处理；进行人脸特征点位置的约束关系处理；步骤二、产生初始人脸造型群体，包括：根据编码长度，对坐标值加上随机产生的数值，并对不满足约束关系的点坐标值进行调整，产生不同的人脸坐标值对应的编码，从而产生初始人脸群体；步骤三、呈现候选人脸造型给设计师或用户，包括：把产生的人脸坐标值编码进行解压缩，得到人脸造型所有的特征点对应的坐标值，绘制人脸造型，并将对应的贴图与人脸造型组合，生成动漫人物造型的人脸，呈现给设计人员或用户；当设计人员或用户认为人脸造型满足了动漫中人物设计需求，则转入步骤六，否则，转入步骤四；步骤四、设计人员或用户通过打分的方法对人脸造型给出评价；步骤五、实施进化操作，把用户的打分评价作为相应的人脸造型编码的适应值，根据适应值，采用选择算子选择出对应的造型编码；对选择出的造型编码进行交叉算子操作；对交叉得到的人脸造型对应的编码进行变异算子操作，从而在原来设计人员或用户满意的人脸造型编码基础上得到新的人脸造型编码；转步骤三；步骤六：结束。进一步地，步骤一中的基于人脸的对称性的压缩处理是指基于Candide 3标准人脸模型的左半部和右半部满足对称性的前提下，只优化构造脸部的左半部分，即只优化Candide 3人脸模型特征点的51个点，而另一半通过对称的方式得到，从而把对(51+41)╳3=276个坐标值的优化压缩为对51╳3=153个坐标值的优化。进一步地，所述步骤一中的人脸无向图表示对应的邻接矩阵的对称性的压缩是指根据人脸特征点关系矩阵对称性的压缩方法，用无向图表示51个特征点之间的关系，该无向图对应的邻接矩阵满足关于对角线的对称性，只对其上三角矩阵的值优化设计，其下三角矩阵的值可以根据对称性得到。进一步地，所述步骤一中的无向图表示的稀疏性压缩是指根据邻接矩阵稀疏性的压缩方法，只对上三角矩阵中取值为1的坐标值优化设计，而对取值为0的坐标值不必优化设计。进一步地，所述步骤一中的人脸无向图的无权性的压缩是指人脸模型属于不带权值的无向图，即矩阵元素只存储了有无关联的布尔值，只存储对应的特征点编号，而不必存储布尔值1。进一步地，所述步骤一中的人脸特征点坐标的等值关系进行数据压缩处理，是指在Candide 3人脸模型特征点坐标值关系的基础上，提出将具有近似相等坐标的点用一个编号表示，并在编码中取相同的值，则可以得到如下所示的规律，其中，表示点具有相同的坐标值，用新的编号统一表示，从而把51╳3=153个坐标值压缩为用77个坐标值表示，x坐标值：包括22个坐标值，其中(0，1，2，3，4，5，6，7，8，9，10)的x坐标为0，不需要编码，在绘制人脸时直接取0值即可，其它点重新编号如下：0(21)，1(40，43)，2(36)，3(48)，4(39)，5(44，49)，6(19，27)，7(13)，8(41，50)，9(47)，10(11)，11(24，26，31，34)，12(46)，13(20，23，33，35)，14(42)，15(16，17，22，25，30，32，37)，16(14)，17(12)，18(29)，19(18，38，45)，20(28)，21(15)；y坐标值：包括33个坐标值，其中(3)的y坐标为0，不需要编码，其它点重新编号如下：22(35)，23(32，34)，24(30，31，33)，25(27，28，29)，26(25，26)，27(22，23，24)，28(21)，29(20)，30(2，18，19)，31(17)，32(16)，33(1，15)，34(14)，35(13)，36(12)，37(11)，38(0)，39(36)，40(37)，41(38，39)，42(40)，43(4)，44(41)，45(5)，46(42)，47(43)，48(6，44)，49(7，45，46，47，48)，5本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于交互式进化计算的动漫人物人脸造型设计方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：步骤一、预处理，包括：选择Candide 3标准人脸模型，基于人脸的对称性、人脸无向图表示对应的邻接矩阵的对称性、无向图的稀疏性、人脸无向图的无权性、人脸特征点坐标的等值关系进行数据压缩处理；进行人脸特征点位置的约束关系处理；步骤二、产生初始人脸造型群体，包括：根据编码长度，对坐标值加上随机产生的数值，并对不满足约束关系的点坐标值进行调整，产生不同的人脸坐标值对应的编码，从而产生初始人脸群体；步骤三、呈现候选人脸造型给设计师或用户，包括：把产生的人脸坐标值编码进行解压缩，得到人脸造型所有的特征点对应的坐标值，绘制人脸造型，并将对应的贴图与人脸造型组合，生成动漫人物造型的人脸，呈现给设计人员或用户；当设计人员或用户认为人脸造型满足了动漫中人物设计需求，则转入步骤六，否则，转入步骤四；步骤四、设计人员或用户通过打分的方法对人脸造型给出评价；步骤五、实施进化操作，把用户的打分评价作为相应的人脸造型编码的适应值，根据适应值，采用选择算子选择出对应的造型编码；对选择出的造型编码进行交叉算子操作；对交叉得到的人脸造型对应的编码进行变异算子操作，从而在原来设计人员或用户满意的人脸造型编码基础上得到新的人脸造型编码；转步骤三；步骤六：结束。...

【技术特征摘要】
1.一种基于交互式进化计算的动漫人物人脸造型设计方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：步骤一、预处理，包括：选择Candide 3标准人脸模型，基于人脸的对称性、人脸无向图表示对应的邻接矩阵的对称性、无向图的稀疏性、人脸无向图的无权性、人脸特征点坐标的等值关系进行数据压缩处理；进行人脸特征点位置的约束关系处理；步骤二、产生初始人脸造型群体，包括：根据编码长度，对坐标值加上随机产生的数值，并对不满足约束关系的点坐标值进行调整，产生不同的人脸坐标值对应的编码，从而产生初始人脸群体；步骤三、呈现候选人脸造型给设计师或用户，包括：把产生的人脸坐标值编码进行解压缩，得到人脸造型所有的特征点对应的坐标值，绘制人脸造型，并将对应的贴图与人脸造型组合，生成动漫人物造型的人脸，呈现给设计人员或用户；当设计人员或用户认为人脸造型满足了动漫中人物设计需求，则转入步骤六，否则，转入步骤四；步骤四、设计人员或用户通过打分的方法对人脸造型给出评价；步骤五、实施进化操作，把用户的打分评价作为相应的人脸造型编码的适应值，根据适应值，采用选择算子选择出对应的造型编码；对选择出的造型编码进行交叉算子操作；对交叉得到的人脸造型对应的编码进行变异算子操作，从而在原来设计人员或用户满意的人脸造型编码基础上得到新的人脸造型编码；转步骤三；步骤六：结束。2.根据权利要求1所述的一种基于交互式进化计算的动漫人物人脸造型设计方法，所述步骤一中的基于人脸的对称性的压缩处理是指基于Candide 3标准人脸模型的左半部和右半部满足对称性的前提下，只优化构造脸部的左半部分，即只优化Candide 3人脸模型特征点的51个点，而另一半通过对称的方式得到，从而把对(51+41)╳3=276个坐标值的优化压缩为对51╳3=153个坐标值的优化。3.根据权利要求1所述的一种基于交互式动漫人物人脸造型进化优化方法，其特征在于：所述步骤一中的人脸无向图表示对应的邻接矩阵的对称性的压缩是指根据人脸特征点关系矩阵对称性的压缩方法，用无向图表示51个特征点之间的关系，该无向图对应的邻接矩阵满足关于对角线的对称性，只对其上三角矩阵的值优化设计，其下三角矩阵的值可以根据对称性得到。4.根据权利要求1所述的一种基于交互式进化计算的动漫人物人脸造型设计方法，所述步骤一中的无向图表示的稀疏性压缩是指根据邻接矩阵稀疏性的压缩方法，只对上三角矩阵中取值为1的坐标值优化设计，而对取值为0的坐标值不必优化设计。5.根据权利要求1所述的一种基于交互式进化计算的动漫人物人脸造型设计方法，所述步骤一中的人脸无向图的无权性的压缩是指人脸模型属于不带权值的无向图，即矩阵元素只存储了有无关联的布尔值，只存储对应的特征点编号，而不必存储布尔值1。6.根据权利要求1所述的一种基于交互式进化计算的动漫人物人脸造型设计方法，其特征在于：所述步骤一中的人脸特征点坐标的等值关系进行数据压缩处理，是指在Candide 3人脸模型特征点坐标值关系的基础上，提出将具有近似相等坐标的点用一个编号表示，并在编码中取相同的值，则可以得到如下所示的规律，其中，表示点具有相同的坐标值，用新的编号统一表示，从而把51╳3=153个坐标值压缩为用77个坐标值表示，x坐标值：包括22个坐标值，其中(0，1，2，3，4，5，6，7，8，9，10)的x坐标为0，不需要编码，在绘制人脸时直接...

【专利技术属性】
技术研发人员：郝国生，吕俊怀，
申请(专利权)人：江苏师范大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32