高真实感人脸表情动态三维重建及迁移方法研究

来源 :中国科学院大学(中国科学院深圳先进技术研究院 | 被引量 : 0次 | 上传用户:shlchen
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随着数字人技术的发展,人脸表情动画生成技术得到了研究者们的广泛研究。其中基于运动捕捉的方法具有更高的精度,更好的真实感,所以在电影、游戏行业得到广泛的应用。在本研究中我们在人脸建模精度以及模型驱动的流畅性与精细度两个方面入手提出了一系列相关的算法来实现高真实感的人脸表情动态重建以及迁移。围绕着实现高真实感的人脸表情重建以及迁移,本研究的主要内容可以分为四个方面:(1)本文基于近红外高频二值结构光技术重建技术提出了一种用于动态物体实时的三维重建系统。该红外结构光系统通过采用格雷码加线移作为编码策略,该编码策略可以做到亚像素的定位从而得到高精度三维测量结果。为了进一步提高系统重建精度,本文提出了一个基于3D优化的标定方法来对得到结构光系统标定参数进行优化。为了使结构光系统系统能够以硬件的最大帧率进行工作,本文将解码算法在GPU设备上进行并行化。该研究奠定了后续人脸动态重建技术的相关基础。(2)本研究利用提出的GPU的高精度结构光重建技术搭建了一个3D面部采集系统,通过该设备,本文采集了两个高精度且高分辨率的3D人脸表情数据库。相较于现有的3D人脸数据库,本文采集人脸3D数据库具有元数据丰富、表情丰富、数据库样本大等优点。(3)人脸动画的生成一般与采集设备的性能息息相关,得益于上述近红外结构光技术的研究成果,本文基于红外结构光传感技术提出了一种高保真3D实时人脸面部动画生成的系统与相关算法(基于GPU的非刚性配准方法、基于光流的模型跟踪算法,以及纹理融合算法等算法),可以同时实现系统易于部署且得到高精度高保真度的人脸动画表情。该系统可以实时捕捉高精度和稠密的人脸面部表情运动。(4)针对现有的人脸表情稠密迁移算法只能处理光顺的人脸序列模型,本研究中提出了一种基于关键点形变的非刚性配准算法该算法可以将输入的非光顺的非规整的表情输入序列处理成统一拓扑的三角形网,接着对该输出利用提出的带约束的人脸表情迁移算法可以准确鲁棒的得到表情迁移的结果。最后针对每一部分的研究,本文都进行了许多的实验来验证相关的算法的性能,其一般都比现有的算法具有更好的性能表现。本研究针对人脸表情动态重建以及迁移算法提出的一系列相关的设备、算法、数据,这些工作可以为游戏、电影行业提供一个新的解决方案。
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