根据视角变化的人脸三维模型建立方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种根据视角变化的人脸三维模型建立方法及装置，其中，该方法包括以下步骤：输入预设角色脸部多个视角的2D画及人脸网格模板，并通过预设方法且配合人工标记，获得对应角色脸部的数据；利用混合形状的系数将对应角色脸部的数据进行表达，并构造势能函数对混合形状进行求解，以获得混合形状组成的矩阵完成人脸模型建立；根据输入的视角得到人脸模型中各个混合形状的系数，并对人脸模型进行变形得到人脸网络模型；利用渲染引擎对人脸网络模型进行渲染，以得到对应视角的人脸图像。该方法能够根据视角来改变三维人脸几何，使用网格与混合形状的表达方法，兼容现有渲染引擎，同时其计算量小，易达到实时。

A Method and Device for Establishing Face Three-Dimensional Models Based on View Angle Change

The invention discloses a method and device for establishing a three-dimensional face model according to the change of view angle. The method includes the following steps: inputting a 2D drawing and a face mesh template with multiple view angles of a preset character's face, obtaining the data of the corresponding character's face by presupposition method and cooperating with artificial markers, and expressing the data of the corresponding character's face by using the coefficients of mixed shape; The potential energy function is constructed to solve the mixed shape to obtain the matrix of the mixed shape to complete the face model establishment; the coefficients of each mixed shape in the face model are obtained according to the input perspective, and the face model is deformed to get the face network model; the face network model is rendered using the rendering engine to get the corresponding view of the face image. This method can change the geometry of three-dimensional face according to the view angle, and use the expression method of mesh and mixed shape. It is compatible with the existing rendering engine. At the same time, its computation is small and it is easy to achieve real-time.

【技术实现步骤摘要】
根据视角变化的人脸三维模型建立方法及装置
本专利技术涉及计算机视觉和图形学
，特别涉及一种根据视角变化的人脸三维模型建立方法及装置。
技术介绍
在游戏、动画、电影等众多领域，人脸三维模型起着至关重要的作用。现在已经有许多能够对人脸进行建模的方法，比如混合形状、多线性模型等，这些模型对于现实中的人脸可以得到较好的效果。然而对于一些特定风格的2D手绘人脸，因为画师艺术风格的不同，可能并没有一个唯一的三维人脸模型能够与之对应，比如正面视角和侧面视角对应的人脸模型会略有不同。例如画师对某个角色多个视角的脸部进行了2D作画，但可能并不存在一个单一的人脸三维模型，使得该模型投影到各个视角后与各个视角的2D作画相一致。如果使用近似的单一人脸三维模型进行建模，则难以保留画师原本的艺术风格。
技术实现思路
本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的一个目的在于提出一种根据视角变化的人脸三维模型建立方法，该方法能够根据视角来改变几何的三维人脸模型，使得其能够表达不同视角下的画师手绘人脸。本专利技术的另一个目的在于提出一种根据视角变化的人脸三维模型建立装置。为达到上述目的，本专利技术一方面提出了根据视角变化的人脸三维模型建立方法，包括以下步骤：输入预设角色脸部多个视角的2D画及人脸网格模板，并通过预设方法且配合人工标记，获得对应角色脸部的数据；利用混合形状的系数将所述对应角色脸部的数据进行表达，并构造势能函数对所述混合形状进行求解，以获得所述混合形状组成的矩阵完成人脸模型建立；根据输入的视角得到所述人脸模型中各个混合形状的系数，并对所述人脸模型进行变形得到人脸网络模型；利用渲染引擎对所述人脸网络模型进行渲染，以得到对应视角的人脸图像。本专利技术实施例的根据视角变化的人脸三维模型建立方法，能够根据某一角色脸部多个视角的2D作画对其进行建模，建模后能够在视角变化时对模型进行一定的变形，同时，使用网格与混合形状的表达方法，兼容现有渲染引擎，使得在画师作画的视角下与相应的2D作画接近，在其他视角下也能生成艺术风格一致的角色脸部图像。另外，根据本专利技术上述实施例的根据视角变化的人脸三维模型建立方法还可以具有以下附加的技术特征：进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述人脸模型包含一个人脸网格模板以及m个视角的混合形状。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述人脸网格模板为一个中性的人脸网格，其中，所有顶点坐标组成3N维的顶点坐标向量。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述混合形状为一种形变，所述形变为N个网格顶点的三维偏移量，即每一个所述混合形状为一个3N维的顶点坐标向量。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述人脸模型在预设视角下的顶点坐标为：其中，T0为所有顶点坐标组成3N维的顶点坐标向量，wi为各个混合形状的系数，Bi为一个3N维的顶点坐标向量。为达到上述目的，本专利技术另一方面提出了一种根据视角变化的人脸三维模型建立装置，包括：获取模块用于输入预设角色脸部多个视角的2D画及人脸网格模板，并通过预设方法且配合人工标记，获得对应角色脸部的数据；建模模块用于利用混合形状的系数将所述对应角色脸部的数据进行表达，并构造势能函数对所述混合形状进行求解，以获得所述混合形状组成的矩阵完成人脸模型建立；变形模块用于根据输入的视角得到所述人脸模型中各个混合形状的系数，并对所述人脸模型进行变形得到人脸网络模型；渲染模块用于利用渲染引擎对所述人脸网络模型进行渲染，以得到对应视角的人脸图像。本专利技术实施例的根据视角变化的人脸三维模型建立装置，能够根据某一角色脸部多个视角的2D作画对其进行建模，建模后能够在视角变化时对模型进行一定的变形，同时，使用网格与混合形状的表达方法，兼容现有渲染引擎，使得在画师作画的视角下与相应的2D作画接近，在其他视角下也能生成艺术风格一致的角色脸部图像。另外，根据本专利技术上述实施例的根据视角变化的人脸三维模型建立装置还可以具有以下附加的技术特征：进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述人脸模型包含一个人脸网格模板以及m个视角的混合形状。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述人脸网格模板为一个中性的人脸网格，其中，所有顶点坐标组成3N维的顶点坐标向量。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述混合形状为一种形变，所述形变为N个网格顶点的三维偏移量，即每一个所述混合形状为一个3N维的顶点坐标向量。进一步地，在本专利技术的一个实施例中，所述混合形状的系数由视角唯一决定，所述人脸模型在预设视角下的顶点坐标为：其中，T0为所有顶点坐标组成3N维的顶点坐标向量，wi为各个混合形状的系数，Bi为一个3N维的顶点坐标向量。本专利技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明本专利技术上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：图1为根据本专利技术实施例的根据视角变化的人脸三维模型建立方法流程图；图2为根据本专利技术实施例的根据视角变化的人脸三维模型建立装置结构示意图。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。下面参照附图描述根据本专利技术实施例提出的根据视角变化的人脸三维模型建立方法及装置，首先将参照附图描述根据本专利技术实施例提出的根据视角变化的人脸三维模型建立方法。图1是本专利技术一个实施例的根据视角变化的人脸三维模型建立方法流程图。如图1所示，该根据视角变化的人脸三维模型建立方法包括以下步骤：在步骤S101中，输入预设角色脸部多个视角的2D画及人脸网格模板，并通过预设方法且配合人工标记，获得对应角色脸部的数据。也即，建模过程输入为画师手绘的某一角色脸部的多个视角的2D作画，以及人脸网格模板T0。其中，在预处理过程中，需要通过已有的方法且可以配合人工标注，来得到每一张作画对应的角色脸部的landmark点、脸部轮廓以及视角方向。视角方向可以表达为球坐标的形式，即方位角与仰角θ。需要说明的是，人脸网格模板为一个中性的人脸网格，其中，所有顶点坐标组成3N维的顶点坐标向量。在步骤S102中，利用混合形状的系数将对应角色脸部的数据进行表达，并构造势能函数对混合形状进行求解，以获得混合形状组成的矩阵完成人脸模型建立。其中，人脸模型包含一个人脸网格模板以及m个视角的混合形状。需要说明的是，混合形状为一种形变，形变为N个网格顶点的三维偏移量，即每一个混合形状为一个3N维的顶点坐标向量。换句话说，每一个混合形状表达一种形变，形变即为所有网格顶点的三维偏移量，因此每一个混合形状也可以表达为一个3N维的顶点坐标向量Bi(i＝1,…,m)。各个混合形状的系数wi(i＝1,…,m)由视角唯一决定。该人脸模型最终在某一视角下的顶点坐标为：其中，T0为所有顶点坐标组成3N维的顶点坐标向量，wi为各个混合形状的系数，Bi为一个3N维的顶点坐标向量。根据上式，在已知人脸网格模板拓扑后即可由视角求得变形后的顶点坐标，进而得到变形后的人脸网格模型。该变形得到的是无表情的人脸，变形只由视角的改变造成。之后可以在此本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种根据视角变化的人脸三维模型建立方法，其特征在于，包括以下步骤：输入预设角色脸部多个视角的2D画及人脸网格模板，并通过预设方法且配合人工标记，获得对应角色脸部的数据；利用混合形状的系数将所述对应角色脸部的数据进行表达，并构造势能函数对所述混合形状进行求解，以获得所述混合形状组成的矩阵完成人脸模型建立；根据输入的视角得到所述人脸模型中各个混合形状的系数，并对所述人脸模型进行变形得到人脸网络模型；以及利用渲染引擎对所述人脸网络模型进行渲染，以得到对应视角的人脸图像。

【技术特征摘要】
1.一种根据视角变化的人脸三维模型建立方法，其特征在于，包括以下步骤：输入预设角色脸部多个视角的2D画及人脸网格模板，并通过预设方法且配合人工标记，获得对应角色脸部的数据；利用混合形状的系数将所述对应角色脸部的数据进行表达，并构造势能函数对所述混合形状进行求解，以获得所述混合形状组成的矩阵完成人脸模型建立；根据输入的视角得到所述人脸模型中各个混合形状的系数，并对所述人脸模型进行变形得到人脸网络模型；以及利用渲染引擎对所述人脸网络模型进行渲染，以得到对应视角的人脸图像。2.根据权利要求1所述的根据视角变化的人脸三维模型建立方法，其特征在于，所述人脸模型包含一个人脸网格模板以及m个视角的混合形状。3.根据权利要求1所述的根据视角变化的人脸三维模型建立方法，其特征在于，所述人脸网格模板为一个中性的人脸网格，其中，所有顶点坐标组成3N维的顶点坐标向量。4.根据权利要求2和3所述的根据视角变化的人脸三维模型建立方法，其特征在于，所述混合形状为一种形变，所述形变为N个网格顶点的三维偏移量，即每一个所述混合形状为一个3N维的顶点坐标向量。5.根据权利要求1所述的根据视角变化的人脸三维模型建立方法，其特征在于，所述混合形状的系数由视角唯一决定，所述人脸模型在预设视角下的顶点坐标为：其中，T0为所有顶点坐标组成3N维的顶点坐标向量，wi为各个混合形状的系数，Bi为一个3N维的顶点坐标向量。6.一种根据视角变化的人...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐枫，郑成伟，杨东，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京,11