人类作为现实生活的主体,也是虚拟世界的活动主体。随着计算机视觉与虚拟现实技术的发展,虚拟人物设计得到越来越多的关注。人眼是心灵的窗口,人眼模型及其表情合成的效果直接影响着虚拟人脸的真实感和感情表达能力。因此,对虚拟人眼模型及其运动和表情的表示与驱动进行研究,有着重要的理论意义和实际应用前景。本文的主要研究工作有:1.提出了一个三维肌肉控制人眼(3D-MCE)模型。该模型根据解剖学原理和运动特征,将人的眼部分为内部眼球和外部眼睑、眉毛、额头、鼻子等两部分,分别建立内部类刚体模型和外部柔性体模型。该方法在低数据量的条件下,提高了模型的运动灵活性和逼真程度。2.给出了一个三维肌肉控制方法。该方法依据体积不变原理,将Waters等提出的肌肉模型中肌肉收缩引起特征点在纵向的运动变化,扩展到包括纵向、横向在内的三个垂直方向上的运动分量变化,并将其用于3D-MCE模型,控制人眼部的运动及表情。3.提出了多线谱的人眼运动与表情的表示及驱动方法。该方法用各肌肉归一化收缩量随时间变化的曲线组,即多线谱表示及驱动人眼的运动与表情。并给出了一种由人眼单视频图像获取人眼多线谱的方法。4.研究了3D-MCE模型、人眼多线谱与MPEG-4标准的关系。根据3D-MCE模型与MPEG-4标准定义的人脸模型在特征点、运动参数、尺度及坐标之间的对应关系,给出了人眼多线谱与MPEG-4标准视频流之间的双向数据转换方法。上述方法经过了实验验证。实验结果表明,数据量及计算量较小,所得人眼及其运动表情较为逼真细腻。3D-MCE模型相比单一网格模型真实感和灵活性较好;人眼多线谱方法简洁直观,具有较好的普适性。本文主要研究了真实感的人眼模型及其运动和表情的表示及驱动方法。所用方法可进而用于人脸模型及其运动和表情的表示及驱动。