本发明专利技术公开了一种交互式三维卡通人脸生成方法及装置。该方法包括下列步骤：对三维卡通库中的每一个人脸模型进行部件拆分，并对拆分得到部件进行处理得到三维卡通部件子空间，然后对输入的三维真实模型，根据用户交互在三维卡通部件子空间采样，得到具有局部面部特征卡通形变的三维卡通原型；对二维卡通库中的每一个人脸进行数据提取和处理，将从所述二维卡通库中学习到的卡通知识迁移到所述三维卡通原型中，生成三维卡通人脸。其能够克服传统方法仅能生成单一的卡通风格的缺点，使得最后生成的三维卡通人脸既风格多样，又生动形象，提供了一种基于知识迁移的交互式三维卡通生成方法。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及计算机图形学领域，主要涉及计算机视觉、机器学习方法，特 别是涉及一种交互式三维卡通人脸生成方法及装置。
技术介绍
近年来，动漫、数字娱乐产业已经成为美国、日本、韩国、英国等动漫强国国民生产总值中重要的组成部分。在我国，2007年动漫产业总体规模已达 200亿元，并还有1000亿元的潜在市场空间。面对动漫产业巨大的市场商机 和文化影响力，国家也相继制定出台了一系列扶持产业发展的政策。同时，随 着虚拟现实技术的发展，3D卡通的应用前景也越来越广阔，在虚拟社区、在 线游戏、卡通电影等领域产生了越来越多新颖有趣的应用。例如，在Second life游戏中，如果人们不想显示自己的真实样貌，则可使用3D卡通头像来表 示自己与游戏中的其他玩家交流。但是目前几乎所有的3D卡通模型均由美工 在专业3D软件，如MAYA， 3DMAX下手工制作，整个建模过程耗时耗力，周期 较长，成本较高并且需要专业美术技能。因此，简单有效的三维卡通人脸生成 方法具有重要的实际应用价值。目前，我国在3D卡通生成方面已产生了一些重要的研究成果。总体可以将其分为两大类，自动方法及交互式方法。在自动式三维卡通生成方法中，首 先获得三维人脸的平均特征，然后通过对比输入人脸与平均人脸的差异，从而 发现个性化的特征，并对该特征进行夸张变形，可以获得一定的夸张艺术效果。 此种方法的特点是整个过程完全自动，并能简单的获取到人脸的整体特征，但 却无法抓住人脸的准确特征，且其对人脸的卡通化也仅限于特征的线性縮放， 忽略了从艺术家己有的作品中观察和学习知识，不能提供复杂的卡通类型。在交互式的方法中，首先用户观察人的脸部特征，然后使用一些Maya支 持的立方体或圆柱体来描述这些特征，通过主观评估逐次用更适合的MAYA形 体替换面部部分，最后经过融合和细分得到最终的卡通模型。此方法虽然能生成令人满意的结果，但是需要一定的艺术相关知识及多次频繁的交互。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种交互式三维卡通人脸生成方法及装置。其能够 克服传统方法仅能生成单一的卡通风格的缺点，使得最后生成的三维卡通人脸 既风格多样，又生动形象，提供了一种基于知识迁移的交互式三维卡通生成方 法。为实现本专利技术的目的而提供的一种交互式三维卡通人脸生成方法，包括下 列步骤步骤ioo.对三维卡通库中的每一个人脸模型进行部件拆分，并对拆分得到部件进行处理得到三维卡通部件子空间，然后对输入的三维真实人脸模型，根据用户交互在三维卡通部件子空间采样，得到具有局部面部特征卡通形变的三维卡通原型；步骤200.对二维卡通库中的每一个人脸进行数据提取和处理，将从所述 二维卡通库中学习到的卡通知识迁移到所述三维卡通原型中，生成三维卡通人 脸。所述步骤IOO，包括下列步骤步骤iio.将已有三维卡通库中的每一个人脸模型进行部件拆分，得到眼睛，鼻子，嘴巴，下巴四个五官子库，再对每个五官子库分析主成分，并分别 为每一个五官建立主成分分析子空间；步骤120.判断用户是否进行交互，若是，则执行步骤130;否则，执行步骤200;步骤130.基于用户的交互，将所述每一个人脸模型的相应五官投影到其相应的主成分分析子空间中，经过上升维数到样本空间，得到具有局部面部特 征卡通形变的三维卡通原型。所述用户的交互，是指基于人脸五官的主成分分析子空间，根据用户鼠标 的拖拽，产生相应形变。所述步骤130，包括下列步骤步骤131.为每个所述五官定义控制点；步骤132.用户拖拽鼠标，与拖拽点距离较近的所述控制点根据鼠标位移移动；步骤133.将移动后的控制点投影到相应五官的主成分分析子空间中，再 经过主成分分析反向计算，从低维子空间恢复到样本空间，进行平滑处理，以 得到相应的卡通形变。所述主成分分析反向计算，是在上述主成分分析降维思想的基础上，将用 户拖拽后的人脸五官投影到主成分上，经过上升维数得到具有用户期望风格的 三维卡通原型。所述步骤200，包括下列步骤步骤210.提取二维人脸卡通图片数据的轮廓点，将所述三维卡通原型的 前投影与所有所述二维人脸卡通图片进行轮廓对齐；步骤220，在对齐后的二维卡通库中，为所述三维卡通原型的前投影寻找 近邻并进行权重组合，运用克里金插值，将二维卡通知识迁移到所述三维卡通 原型上，得到最终三维卡通人脸。所述步骤210，包括下列步骤步骤211.提取二维人脸卡通图片数据的轮廓点；步骤212.对所有所述二维人脸卡通图片进行轮廓归一化。所述步骤212，包括下列步骤步骤2121.将所述三维卡通原型的前投影作为对齐目标； 步骤2122.将所有的所述二维人脸卡通图片的轮廓一一进行放大或縮小， 直到与所述前投影最为接近。所述步骤220，包括下列步骤步骤221.在对齐后的二维卡通库中，为所述三维卡通原型的前投影寻找K 个最近邻并进行权重组合，得到目标二维卡通，以此作为从二维卡通中学习到 的二维卡通知识；步骤222.运用克里金插值，将所述二维卡通知识迁移到所述三维卡通原 型上，得到最终三维卡通人脸。 所述步骤221，包括下列步骤步骤2211.在归一化后的二维卡通库中，为所述三维卡通原型的前投影寻 找近邻；步骤2212.对寻找到的所述近邻进行权重组合，得到目标二维卡通，以此作为从二维卡通中学习到的二维卡通知识。 所述步骤2211，进一步包括下列步骤步骤2211a.计算所述三维卡通原型的前投影与二维卡通库中各个人脸之 间的权重距离；步骤2211b.将所述权重距离从小到大排序，则权重距离最小的前K个为 所述三维卡通原型的前投影的近邻。 所述步骤222，包括下列步骤步骤2221.将所述三维卡通原型的前投影的特征点与从所述二维卡通图 片提取的特征点一一对应，将其(三维卡通原型的前投影)近邻的权重组合作 为目标二维卡通特征点；步骤2222.将所述目标二维卡通特征点的坐标与三维卡通原型对应特征 点的偏移量作为观察值，运用克里金插值方法对三维卡通原型中每个需要被插 值的特征点，通过观察点的权重线性组合预测偏移量，得到插值后坐标。为实现本专利技术的目的还提供一种交互式三维卡通人脸生成装置，所述装置，包括用户交互模块和卡通知识迁移模块，其中所述用户交互模块，用于对三维卡通库中的每一个人脸模型进行部件拆 分，并对拆分得到部件进行处理得到三维卡通部件子空间，然后对输入的三维 真实人脸模型，根据用户交互在三维卡通部件子空间采样，得到具有局部面部特征卡通形变的三维卡通原型；所述卡通知识迁移模块，用于对二维卡通库中的每一个人脸进行数据提取 和处理，将从所述二维卡通库中学习到的卡通知识迁移到所述三维卡通原型 中，生成三维卡通人脸。所述用户交互模块，包括子空间构建模块，用于将已有三维卡通库中的每个人脸模型进行部件拆 分，得到五官子库，再对每个五官子库分析主成分，并分别为每一个五官建立 主成分分析子空间；判断模块，用于判断是否进行用户的交互操作；三维卡通原型生成模块，用于根据用户的交互，将所述每个人脸模型的相 应五官投影到其相应的主成分分析子空间中，经过上升维数到样本空间，得到 具有局部面部特征卡通形变的三维卡通原型。9所述卡通知识迁移模块，包括二维人脸卡通图片处理模块，用于提取二维人脸卡通图片数据的轮廓点， 将所述三维卡通原型的前投影与所有所述二维人本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种交互式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．对三维卡通库中的每一个人脸模型进行部件拆分，并对拆分得到部件进行处理得到三维卡通部件子空间，然后对输入的三维真实模型，根据用户交互在三维卡通部件子空间采 样，得到具有局部面部特征卡通形变的三维卡通原型； 步骤２００．对二维卡通库中的每一个人脸进行数据提取和处理，将从所述二维卡通库中学习到的卡通知识迁移到所述三维卡通原型中，生成三维卡通人脸。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：陈益强，谢金晶，刘军发，
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[中国|北京]
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