一种三维卡通人脸生成方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种三维卡通人脸生成方法及装置。该方法，包括下列步骤： 利用三维卡通人脸数据库和二维真实人脸照片生成与真实人脸相似的三维卡 通人脸部件；对所述与真实人脸相似的三维卡通人脸部件进行缩放，并对平移 缩放后的与真实人脸相似的三维卡通人脸部件进行三维卡通人脸重建，最后将 重建的三维卡通人脸进行插值运算生成最终的三维卡通人脸。其能够使得生成 的三维卡通人脸既有夸张地变形效果，又具有与真实人脸的相似性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及计算机图形学、统计学和进化计算领域，特别是涉及一种三维 卡通人脸生成方法及装置。
技术介绍
在信息化技术迅猛发展的今天，数字娱乐己融入到人们生活的各个角落。 近年来，卡通产品吸引了社会各年龄阶层人群的青睐，随着三维虚拟环境技术 的发展和普遍应用，三维卡通形象在动漫影视、网络游戏、虚拟社区、辅助教学等领域呈现出越来越广泛的应用。如在Active World、 Second Life等虚拟 环境中人们想用自身的虚拟卡通形象来代替真实人脸，从而能够很好地营造出 轻松愉快的氛围。目前的三维卡通形象主要由美工人员使用Maya、 3DS Max 等三维建模软件手工制作完成，需要较多的时间和精力，制作成本相应较高， 因而通过计算机来生成三维卡通具有重要意义。现有技术中，由计算机生成三 维卡通人脸主要包括交互式生成和自动生成两种方法。交互式生成三维卡通人脸，主要是通过人机交互的方式对用户观察出的人 脸特征进行夸张来获得生成人脸的三维卡通形象，这种方法由制作者感知照片 人脸釣特征-然后用各^J形状的几何体模型来模拟这些特征，将这些几何体组 合起来做出一个抽象的卡通人脸，然后用NURBS曲面进行整体拟和，产生一个 完整的人脸。该方法虽然效果较好，但需要一定的艺术相关知识及大量的交互 动作。自动生成三维卡通人脸，主要是由计算机提取人脸特征并将其进行夸张来 自动生成人脸的三维卡通形象。现有技术中的一种方法首先获得三维真实人脸 的平均特征，然后通过将人脸的特征与平均人脸特征进行比较，从而发现个性 化的特征，并对该特征进行夸张变形从而获得一定的夸张艺术效果。此方法只 能抓住人脸简单的整体特征并进行扩大、縮小等简要的线性变化，不能很好地 刻画出人脸特征并将多个特征进行夸张。另一种方法是预定义了一个平均三维真实人脸，首先以两张正交人脸照片重构三维真实人脸，然后比较其和平均人 脸的差异，并对该差异进行线性放縮，以此获得夸张效果。该方法只能夸张重 建的三维真实人脸的简单特征，不能提取出人脸的多个特征并将这多个特征在 整体上进行协调变化。 '
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种三维卡通人脸生成方法及装置。其能够使得生 成的三维卡通人脸既可以得到与定义的三维卡通人脸数据库类似的变形效果， 又具有与真实人脸的相似性。为实现本专利技术的目的而提供的一种三维卡通人脸生成方法，包括下列步骤步骤100.利用三维卡通人脸数据库和二维真实人脸照片生成与真实人脸 相似的三维卡通人脸部件；步骤200.对所述与真实人脸相似的三维卡通人脸部件进行縮放，并对平 移縮放后的与真实人脸相似的三维卡通人脸部件进行三维卡通人脸重建，最后 将重建的三维卡通人脸进行插值运算生成最终的三维卡通人脸。所述步骤IOO，包括下列步骤步骤IIO.建立三维卡通人脸数据库，根据所述三维卡通人脸数据库建立 三维卡通人脸部件PCA子空间；步骤120.利用二维真实人脸照片和所述三维卡通人脸部件PCA子空间，生成与真实人脸相似的三维卡通人脸部件。所述步骤IIO，包括下列步骤步骤111.建立三维卡通人脸数据库并定义三维卡通人脸部件；步骤112.由所述定义将三维卡通人脸进行拆分，提取三维卡通人脸部件几何信息并进行归一化处理，建立三维卡通人脸部件数据库；步骤113.将所述三维卡通人脸部件的特征提取出来并分析其主成分，建立三维卡通人脸部件PCA子空间。所述步骤120，包括下列步骤步骤121.重建与二维真实人脸照片对应的三维真实人脸并按照所述三维 卡通人脸部件定义拆分出三维真实人脸部件；6步骤122.将所述三维真实人脸部件在所述三维卡通人脸部件PCA子空间 进行投影并进行遗传采样，以获得投影向量；步骤123.将所述投影向量进行三维还原重建，得到与真实人脸相似的三 维卡通人脸部件。 '所述步骤200，包括下列步骤步骤210.计算所述三维真实人脸部件与所述与真实人脸相似的三维卡通 人脸部件在位置和形状上的差异，并根据计算结果对所述与真实人脸相似的三 维卡通人脸部件进行平移和縮放；步骤220.将经过平移和縮放的所述与真实人脸相似的三维卡通人脸部件 投影到三维卡通人脸部件PCA子空间得到投影向量，并用投影向量进行三维卡 通人脸重建；步骤230.将重建后的三维卡通人脸进行Kriging插值生成最终的三维卡 通人脸。为实现本专利技术的目的还提供一种三维卡通人脸生成装置，所述装置，包括三维卡通人脸部件生成模块，用于利用三维卡通人脸数据库和二维真实人 脸照片生成与真实人脸相似的三维卡通人脸部件；三维卡通人脸生成模块，用于对所述三维卡通人脸部件生成模块生成的与 真实人脸相似的三维卡通人脸部件进行处理，生成最终的三维卡通人脸。所述三维卡通人脸部件生成模块，包括子空间生成模块，用于根据三维卡通人脸数据库建立三维卡通人脸部件 PCA子空间；比照模块，用于利用二维真实人脸照片和所述子空间生成模块生成的三维卡通人脸部件PCA子空间，生成与真实人脸相似的三维卡通人脸部件。所述子空间生成模块，包括数据库生成模块，用于建立三维卡通人脸数据库并定义三维卡通人脸部件；人脸部件处理模块，用于根据所述数据库生成模块定义的三维卡通人脸部件对三维卡通人脸进行处理，建立三维卡通人脸部件数据库；分析模块，用于将所述人脸部件处理模块中的三维卡通人脸部件的特征提 取出来并分析其主成分，建立三维卡通人脸部件PCA子空间。所述三维卡通人脸生成模块，包括縮放处理模块，用于对所述与真实人脸相似的三维卡通人脸部件进行平移 和缩放；三维卡通人脸重建模块，用于将经过所述縮放处理模块平移和縮放的所述与真实人脸相似的三维卡通人脸部件进行投影，重建三维卡通人脸；插值模块，用于将所述三维卡通人脸重建模块重建后的三维卡通人脸进行Kriging插值生成最终的三维卡通人脸。 本专利技术的有益效果在于1. 本专利技术的一种三维卡通人脸生成方法及装置，采用主成分分析的方法来 建立三维卡通人脸部件子空间，这样就可以抓住人脸的局部特征；2. 本专利技术的一种三维卡通人脸生成方法及装置，在人脸部件子空间中进行 遗传采样来自动实现三维卡通人脸的生成，这样避免了大量的人机交互操作， 同时也可以对人脸进行更为精确地形变，相比已有技术仅对真实人脸进行简单 地整体拉伸。附图说明图1是本专利技术一种三维卡通人脸生成方法的流程图2是本专利技术中生成与真实人脸相似的三维卡通人脸部件的流程图3是本专利技术中三维卡通人脸数据库中人脸部件的定义图4是本专利技术中拆分出的三维卡通人脸部件图5是本专利技术中利用主成分分析对二维数据进行降维、获得主成分的示意图6是本专利技术中三维卡通人脸部件融合方法的流程图； 图7是本专利技术一种三维卡通人脸生成装置的结构示意图。具体实施例方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实 施例，对本专利技术的一种三维卡通人脸生成方法及装置进行进一歩详细说明。应 当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术提供的一种三维卡通人脸生成方法及装置，是通过利用三维卡通人8维卡通人脸部件，再将该三维卡通人脸部件进行融合 得到三维卡通人脸。生成的三维卡通人脸既有夸张地变形效果，又具有与真实 人脸的相似性。下面结合上述目标详细介绍本专利技术的一种三维卡通人脸生成方法。图1 是本专利技术一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三维卡通人脸生成方法，其特征在于，所述方法，包括下列步骤：　步骤１００．利用三维卡通人脸数据库和二维真实人脸照片生成与真实人脸相似的三维卡通人脸部件；　步骤２００．对所述与真实人脸相似的三维卡通人脸部件进行缩放，并对平移缩放 后的与真实人脸相似的三维卡通人脸部件进行三维卡通人脸重建，最后将重建的三维卡通人脸进行插值运算生成最终的三维卡通人脸。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈益强，刘军发，高兴宇，
申请(专利权)人：中国科学院计算技术研究所，
类型：发明
国别省市：11