基于能量优化方法的3D人脸模型器官语义编辑方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种基于能量优化方法的3D人脸模型器官语义编辑方法，其特征在于，对给定的待编辑的3D人脸模型M，筛选需要进行编辑的人脸器官语义属性集合A；采用拉杆控制语义属性的取值α

【技术实现步骤摘要】
基于能量优化方法的3D人脸模型器官语义编辑方法及装置


[0001]本专利技术涉及计算机图形学和几何建模领域，尤其涉及一种基于能量优化方法的3D人脸模型器官语义编辑方法及装置。

技术介绍

[0002]随着计算机图形学、人脸建模等技术的发展，人脸建模技术已经广泛应用于网络社交、门禁安保、金融支付、美容整容等大众消费领域，目前正在向遗容重建等领域渗透。但是，在身份证标准照、遗容重建等多数实际场景中，人脸模型的表情、姿态、器官形态等往往不能满足实际的需要，尤其是在遗容重建领域，以上的条件往往更难得到满足，导致了相关人脸技术应用的性能大幅度下降，以致难以在这些领域推广，因此如何在已有3D人脸模型基础上进行编辑一直是研究的热点。
[0003]目前，市场上已经有多款软件如meshlab等，能够通过改变模型顶点位置来对人脸模型进行编辑，但因人脸模型相对较复杂(通常包括几万个顶点，而且顶点之间的连接更为密集，相互作用也更加复杂)，为使编辑后的模型看上去保持合理，需要比较仔细的人工调整，工作量很大，处理过程耗时、耗力，对使用者的使用技巧和能力都有比较高的要求。而现有的方法和装置均针对的是一般3D模型，并没有一种专门针对人脸器官(眼睛、鼻子、嘴巴等)语义属性且方便使用者操作的编辑方法和装置。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种基于能量优化方法的3D人脸模型器官语义编辑方法，同时提供一种基于能量优化方法的3D人脸模型器官语义编辑装置。
[0005]本专利技术的目的是这样实现的：基于能量优化方法的3D人脸模型器官语义编辑方法，其特征在于，对给定的待编辑的3D人脸模型M，筛选需要进行编辑的人脸器官语义属性集合A；采用拉杆控制语义属性的取值α
i
，改变模型在相应器官处的顶点所在位置；采用优化方法，最小化预先定义好的能量函数来确定其他顶点的位置；重复此操作直到得到满意的人脸模型M
′
。
[0006]本专利技术的目的还可以这样实现：所述筛选需要进行编辑的人脸器官语义属性集合A，包括：眼睛的宽度、高度、眼睛的睁开/闭合状态；鼻子的高度、宽度，嘴巴的宽度、高度、嘴巴的张开/闭合状态。
[0007]使用拉杆控制筛选出的语义属性取值，实现对模型M的编辑和修改。
[0008]基于模型M中各顶点的位置变化以及各边的旋转情况R定义能量函数，在考虑已知位置约束的情况下采用优化方法去最小化E(V，R)，进而求解出所有顶点的位置；包括：
[0009]1)采用拉杆交互式控制待编辑的语义属性；
[0010]2)将拉杆控制的顶点位置变化情况作为已知约束，采用local
‑
global方法迭代求解能量函数E(V，R)的最小值；
[0011]3)能量函数E(V，R)取最小值时，所对应的V即为编辑后的模型的顶点位置。
[0012]本专利技术一种3D人脸模型编辑装置，其特征在于，所述装置包括预处理模块和交互编辑模块；
[0013]预处理模块：根据待编辑的3D人脸模型M＝G(V，E，F)，确定并筛选需要进行编辑的人脸器官语义属性集合A；对每个a
i
∈A预设其控制点集合F
i
，并确定a
i
影响范围的顶点集合V
i
；a
i
改变时需要更新的顶点集合V
i
；
[0014]交互编辑模块：通过拉杆控制语义属性取值，改变部分顶点位置，并下述方法求解出能量函数E最小时其他顶点的位置，获得编辑后的模型。
[0015]首先基于模型M中各顶点的位置变化以及各边的旋转情况R定义能量函数E(V，R)，然后在考虑已知位置约束的情况下采用优化方法去最小化E(V，R)，进而求解出所有顶点的位置；包括：1)采用拉杆交互式控制待编辑的语义属性；2)将拉杆控制的顶点位置变化情况作为已知约束，采用local
‑
global方法迭代求解能量函数E(V，R)的最小值；3)能量函数E(V，R)取最小值时，所对应的V即为编辑后的模型的顶点位置。
[0016]其中，所述筛选需要进行编辑的人脸器官语义属性集合A，包括：眼睛的宽度、高度、眼睛的睁开/闭合状态；鼻子的高度、宽度，嘴巴的宽度、高度、嘴巴的张开/闭合状态。
[0017]该装置可以为一种非临时性计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现基于能量优化方法的3D人脸模型器官语义编辑方法。
[0018]该装置可以为一种电子设备，该电子设备包括处理器和存储器；其中，所述处理器通过读取所述存储器中存储的可执行程序代码来运行与所述可执行程序代码对应的程序，用于实现基于能量优化方法的3D人脸模型器官语义编辑方法。
[0019]本专利技术具有如下有益效果：它能够对给定的3D人脸模型M，支持通过拉杆控制语义尺寸来对人脸模型M的器官进行编辑，用于解决现有编辑软件需要大量手工操作、处理过程耗时耗力、准确度低的问题。
附图说明
[0020]图1为本专利技术基于能量优化方法的3D人脸模型器官语义编辑方法流程示意图。
[0021]图2为本专利技术3D人脸模型编辑装置结构示意图。
[0022]图3为本专利技术基于能量优化方法的3D人脸模型器官语义编辑方法实施例(嘴巴器官)示意图。
具体实施方式
[0023]下面详细描述本专利技术的实施例，所述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，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请权利要求范围的限制。
[0024]本专利技术提供一种基于能量优化方法的3D人脸模型器官语义编辑方法，包括：
[0025]输入：3D人脸模型M＝G(V，E，F)
[0026](1)确定并筛选需要进行编辑的人脸语义属性集合A(眼睛的宽度和高度、睁开和闭合，鼻子的宽度和高度、嘴巴的宽度和高度、张开和闭合)；对每个a
i
∈A预设其控制点集合F
i
，并确定a
i
影响范围的顶点集合V
i
(a
i
改变时需要更新的顶点集合)；
[0027](2)对每个语义属性a
i
∈A
[0028](2a)采用拉杆控制语义属性a
i
的变化Δα
i
，根据Δα
i
更新F
i
；
[0029](2b)根据F
i
，采用优化方法，最小化预定义的能量函数来更新V
i
；
[0030](3)重复步骤(2)，直到得到满意的人脸模型M
’
。
[0031]另一方面，本专利技术实施例提供了一种基于优化方法的3D人脸模型器官语义编辑装置，包括：
[0032](1)预处理模块：根据待编辑的3D人脸模型M＝G(V，E，F)本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于能量优化方法的3D人脸模型器官语义编辑方法，其特征在于，对给定的待编辑的3D人脸模型M，筛选需要进行编辑的人脸器官语义属性集合A；采用拉杆控制语义属性的取值α
i
，改变模型在相应器官处的顶点所在位置；采用优化方法，最小化预先定义好的能量函数来确定其他顶点的位置；重复此操作直到得到满意的人脸模型M
′
。2.根据权利要求1所述的基于能量优化方法的3D人脸模型器官语义编辑方法，其特征在于，所述筛选需要进行编辑的人脸器官语义属性集合A，包括：眼睛的宽度、高度、眼睛的睁开/闭合状态；鼻子的高度、宽度，嘴巴的宽度、高度、嘴巴的张开/闭合状态。3.根据权利要求2所述的基于能量优化方法的3D人脸模型器官语义编辑方法，其特征在于，使用拉杆控制筛选出的语义属性取值，实现对模型M的编辑和修改。4.根据权利要求1、2或3所述的基于能量优化方法的3D人脸模型器官语义编辑方法，其特征在于，基于模型M中各顶点的位置变化以及各边的旋转情况R定义能量函数E(V，R)，在考虑已知位置约束的情况下采用优化方法去最小化E(V，R)，进而求解出所有顶点的位置；包括：1)采用拉杆交互式控制待编辑的语义属性；2)将拉杆控制的顶点位置变化情况作为已知约束，采用local
‑
global方法迭代求解能量函数E(V，R)的最小值；3)能量函数E(V，R)取最小值时，所对应的V即为编辑后的模型的顶点位置。5.一种3D人脸模型编辑装置，其特征在于，所述装置包括预处理模块和交互编辑模块；预处理模块：根据待编辑的3D人脸模型M＝G(V，E，F)，确定并筛选需要进行编辑的人脸器官语义属性集合A；对每个a
i
...

【专利技术属性】
技术研发人员：李玉光，付慧群，陈霜玲，吴壮志，刘崇，周雪媚，王阳阳，王浩然，
申请(专利权)人：民政部一零一研究所，
类型：发明
国别省市：