人脸建模软件的设计（毕业设计论文doc）.doc

目录
1 引言 1
2 概述 2
人脸建模软件概述 2
本设计方案思路 3
研发方向和技术关键 3
主要技术指标 4
3 软件设计 5
软件框架的搭建 6
特征点的选取 6
OpenGL环境下3D模型的显示 7
建模方法 8
模型文件格式 9
其他说明 9
4 软件框架的实现 10
框架概要 10
图形用户界面的实现 10
OpenGL环境的实现 12
照片和特征点的实现 15
5 核心算法的实现 17
算法概要 17
数学归化算法 17
拉普拉斯变形算法 18
Mask透明截图算法 21
6 调试 24
7 结论 26
致谢 27
参考文献 28
1 引言
人脸是人类日常情感表达和交流最重要、最直接的载体。人脸的计算机建模应用非常广泛,比如说电影、广告人物动画、电脑游戏、视频会议、人机接口、面部外科手术、电视节目、计算机辅助手语教学以及心理学、认知科学等许多领域。一个具有真实感的人脸模型能够丰富人机接口,增强系统非口语语言通信及表情信号的能力,使人机接口更令使用者感兴趣,且更易于使用。
通过计算机生成具有真实感的三维人脸拥有广阔的应用前景,而且这项技术是近年来计算机图形学、计算机视觉、人工智能等领域中最具挑战性的问题之一。其实,早在20世纪70年代关于人脸建模及动画的研究便开始了。这个开创性的工作是由Parke起步的。接着Waters等人提出了广泛应用的肌肉模型方法。Cohen和Massaro以及其他很多研究者对可视化语音合成进行了初步的尝试。随着网络技术的普及,世界上第一个网上虚拟播音员Ananova在伦敦发布,计算机合成的Ananova可以一天24小时发布新闻。人脸建模的应用现在已经非常广泛,模型的真实程度也较以前有了很大的飞跃。
利用三维扫描仪获取三维形状数据和纹理信息是一种直接的人脸建模方法,通常具有较高的精度,但是存在硬件设备造价高、不灵活等不足,一般只适用于某些特殊场合;当前的研究热点主要集中在根据图像和视频序列进行人脸重建,现有基于多张图像的方法普遍存在特征点匹配复杂、效率低等不足。根据单张人脸照片上的少量特征点能够快速、自动地实现特定人脸的建模,是目前三维人脸建模研究中一个极具潜力的研究方向。
本设计就是制作一个基于单张人脸照片的快速、自动建立个性化人脸模型的应用软件。其目标是以较少的输入和交互操作,自动建立人脸3D数据模型,所建立的模型与人脸照片中的样本具有较高的相似度。
2 概述
人脸建模软件概述
一般的,人脸建模软件的设计包括以下3个过程:脸部数据的获取、3D人脸几何建模、纹理图像的合成提取。通过人体测量学对相似的面部进行测量,对其结果进行统计,生成脸的统计学数据。这些统计学数据被当作对参数化表面的约束。对特定人脸的建模依然需要用户输入大量的数据,但现在也可以通过激光扫描仪和立体摄像机等自动实现。
人脸几何建模就是把真实人脸的框架标准化,然后用网格表示出来。这也是本次毕业设计的难点,因为真实人脸几何建模非常困难并且很耗时间,真实的人脸是高度光滑且形状复杂的,并且人们对它的每一个细节都非常熟悉.
对于3D人脸几何建模,通常情况下,为了把脸表达得更加详细、生动,总是希望网格数越多越好,但是考虑到计算代价,,能够表达清楚脸部的明显特征,:多边形建模技术、曲面建模技术和体网格建模技术.
人脸纹理图像的生成也是很重要的一个环节,对模型附加纹理可以极大的提高模型和真实源的相似度,因为纹理图像可以表现出模型本身很难表达出的信息,比如说像睫毛这样细小的细节。通过人脸照片可以直接提取人脸的纹理特征,主要应用的技术有Mask图,Alpha透明度合成等。
软件中的建模方法用到了标准人脸变形法,这个方法是将一个已经完成建模的3D人脸模型数据,根据特征化人脸照片及其特征点位置,利用一定的变形算法,通过一般化人脸到特征化人脸的变形来完成建模的。这个方法属于多边形建模法,而且理解起来比较容易,具备一定的可行性。但缺点是模型变形的控制有限,不能还原所有的3D数据。变形完成以后的模型,通过Mask图提取照片中的纹理特征,在提取照片之前还应注意照片中人脸大小的标准化。对提取的特征使用Alpha调节透明度,使之融合在标准的人脸纹理上。
本毕业设计中其他的工作点在于软件界面的设计和制作上。为了实现较好的人机交互功能,必须设计好软件的输入和输出操作。因为输入和输出操作是直接对用户可见的。而其他软件操作