[发明专利]一种交互式三维人脸表情动画编辑方法、系统及扩展方法

权利要求书

1.一种交互式三维人脸表情动画编辑方法，其特征在于，包括：

步骤1：将用户自由指定且移动至期望位置的人脸模型的二维控制点象素映射到三维空间，得到人脸模型上对应的三维控制点；

步骤2：建立由于用户的编辑操作引起的三维控制点变形的形变模型；

步骤3：分别计算人脸模型上每一个顶点与三维控制点之间的相关性系数；

步骤4：依据相关性系数将人脸模型划分成不同的动态区域，每个动态区域包含一个三维控制点；

步骤5：构建三维控制点的贡献图，贡献图的节点与人脸模型的顶点一一对应，且节点内存储相应人脸模型的顶点与三维控制点之间的相关性系数；其中，贡献图反映三维控制点变形对人脸模型的其他顶点运动的影响程度；

步骤6：依据贡献图以及形变模型对动态区域进行变形融合，最终得到人脸模型的整体变形，即人脸模型上的新表情；

在所述步骤2中，形变模型为关键模型序列的线性组合，也就是各个关键模型与相应权重系数相乘后的累加和；所述关键模型序列为已知的一系列表情变化网格模型。

2.如权利要求1所述的交互式三维人脸表情动画编辑方法，其特征在于，在所述步骤1中，利用光线跟踪算法将二维控制点象素映射到三维空间，得到人脸模型上对应的三维控制点。

3.如权利要求1所述的交互式三维人脸表情动画编辑方法，其特征在于，关键模型的权重系数由两项约束项构成的目标函数求解得到，其中，第一项约束项用来衡量利用关键模型序列的线性组合表示的三维控制点新位置映射到二维屏幕上后与用户指定的二维控制点象素新位置的接近程度；第二项约束项用以衡量每帧关键模型与用户移动二维控制点象素所期望产生的新表情之间的相似程度，越相似，表明该帧关键模型对三维控制点最终变形的贡献应该越大，则该帧关键模型的权值越大。

4.如权利要求1所述的交互式三维人脸表情动画编辑方法，其特征在于，在所述步骤3中，利用顶点的相关性准则分别计算人脸模型上每一个顶点与三维控制点之间的相关性系数；其中，相关性准则由三项叠加而成，第一项用来衡量顶点与三维控制点之间的空间距离；第二项用来衡量顶点与三维控制点沿着关键模型序列运动时方向的相似性；第三项用来衡量顶点与三维控制点沿着关键模型序列运动时速率的接近性。

5.一种交互式三维人脸表情动画编辑系统，其特征在于，包括：

控制点映射模块，其用于将用户自由指定且移动至期望位置的人脸模型的二维控制点象素映射到三维空间，得到人脸模型上对应的三维控制点；

形变模型建立模块，其用于建立由于用户的编辑操作引起的三维控制点变形的形变模型；其中，形变模型为关键模型序列的线性组合，也就是各个关键模型与相应权重系数相乘后的累加和；所述关键模型序列为已知的一系列表情变化网格模型；

相关性系数计算模块，其用于分别计算人脸模型上每一个顶点与三维控制点之间的相关性系数；

动态区域划分模块，其用于依据相关性系数将人脸模型划分成不同的动态区域，每个动态区域包含一个三维控制点；

贡献图建立模块，其用于构建三维控制点的贡献图，贡献图的节点与人脸模型的顶点一一对应，且节点内存储相应人脸模型的顶点与三维控制点之间的相关性系数；其中，贡献图反映三维控制点变形对人脸模型的其他顶点运动的影响程度；

变形融合模块，其用于依据贡献图以及形变模型对动态区域进行变形融合，最终得到人脸模型的整体变形，即人脸模型上的新表情。

6.如权利要求5所述的交互式三维人脸表情动画编辑系统，其特征在于，在所述控制点映射模块中，利用光线跟踪算法将二维控制点象素映射到三维空间，得到人脸模型上对应的三维控制点；

或在所述相关性系数计算模块中，利用顶点的相关性准则分别计算人脸模型上每一个顶点与三维控制点之间的相关性系数；其中，相关性准则由三项叠加而成，第一项用来衡量顶点与三维控制点之间的空间距离；第二项用来衡量顶点与三维控制点沿着关键模型序列运动时方向的相似性；第三项用来衡量顶点与三维控制点沿着关键模型序列运动时速率的接近性。