[发明专利]一种人脸浮雕几何建模方法

权利要求书

1.一种人脸浮雕几何建模方法，其特征在于以单张人脸图像为输入，在网格域进行三维几何自动重构，根据用户指定的厚度和映射角度生成人脸浮雕模型，包括如下步骤：

S1、对输入的单张人脸图像进行人脸关键特征点定位，获取人脸图像特征点；

S2、基于BFM参数化人脸模型构建初始3D人脸；

S3、基于Bi-Laplacian约束点位移法对初始3D人脸进行形状优化，生成形状优化后3D人脸，包括：选取人脸图像特征点作为约束点，求解约束点由当前位置移动至目标位置的约束点位置变动量；基于上述约束点位置变动量，采用硬约束通过Bi-Laplacian约束点位移法求解并带动初始3D人脸中除约束点之外的其它3D人脸网格顶点产生位移；

Bi-Laplacian约束点位移线性方程为：

其中，L²为Bi-Laplacian矩阵、等价于两个Laplacian矩阵的乘积L²＝L·L，L为Laplacian矩阵，I_k为单位矩阵，n为形状优化后3D人脸顶点总数量，n'为自由顶点数量，m为约束点数量，m＝n-n'，约束点位置变动量d_i＝f_i-g_i为上述Bi-Laplacian约束点位移线性方程系统的边界条件；

S4、基于人脸图像光照强度与形状优化后3D人脸几何法向之间的联系，通过人脸高度场泊松重建方法对形状优化后3D人脸进行高度场优化，生成高度场优化后3D人脸；

S5、对高度场优化后3D人脸进行线性压缩，生成原始3D人脸浮雕，并通过人脸高度场泊松重建方法对原始人脸浮雕进行几何细节优化，生成具备丰富几何细节的人脸浮雕。

2.根据权利要求1所述的一种人脸浮雕几何建模方法，其特征在于步骤S2基于BFM参数化人脸模型构建初始3D初始人脸，包括如下步骤：

S21、BFM人脸表示为M＝(μ,σ,t)，基于上述BFM人脸，3D人脸在BFM模型空间表示为S(α)＝μ+t·diag(σ)·α，其中α为形状因子，μ∈R^3m为平均人脸，m为3D人脸网格顶点数量，σ∈R^n-1为形状标准偏差，t＝(t₁,t₂,......,t_n)∈R^3m×n-1为n-1个经过PCA分解的标准正交基；

S22、人脸图像特征点像素坐标表示为f_i'＝(w_i,h_i)，平均人脸图像特征点空间坐标表示为g_i＝(x_i,y_i,z_i)，将人脸图像特征点像素坐标逆映射为BFM模型空间坐标，BFM模型空间坐标表示为f_i＝(x_i,y_i,z_i)，BFM模型空间坐标与平均人脸图像特征点空间坐标之间的坐标差表示为D＝(d₁,d₂,......,d_n)^T∈R^2mwith d_i＝f_i-g_i；

S23、输入矩阵Q∈R^2m×nwith q_ij＝σ_j·t_ij，输入矩阵Q的SVD奇异值分解式表示为Q＝U·W·V with W∈R^2m×n，通过上述输入矩阵Q的SVD奇异值分解式构建形状因子，形状因子的表达式为

S24、将上述形状因子的表达式代入3D人脸在BFM模型空间的表达式，生成初始3D人脸。