[发明专利]一种人脸浮雕几何建模方法

说明书

本发明公开了一种人脸浮雕几何建模方法，属于浮雕建模领域，解决现有人像浮雕建模效率低、自动化差的问题；其方法包括如下步骤：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；基于BFM参数化人脸模型构建初始3D人脸；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；基于人脸图像光照强度与3D人脸几何法向之间的联系对形状优化后3D人脸进行高度场优化，生成高度优化后3D人脸；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，并通过基于关键点约束的Bi‑Laplacian网格变形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。

技术领域

本发明涉及浮雕建模领域，具体地说是一种人脸浮雕几何建模方法。

背景技术

人像浮雕是浮雕艺术的一种常见类型，它在背景平面或曲面上雕刻出凹凸起伏的人物形象，加上光线的运用塑造出空间感，在单一材质和有限的体积厚度内传递人物形态，是介于2D肖像和3D雕塑之间的一种艺术表现形式。根据厚度不同，人像浮雕可以分为浅浮雕和高浮雕两种类型。

传统数字人像浮雕设计以手工建模为主，专业性强，设计师需要在软件平台上(如ArtCAM、Type3、JDPaint)构造点线面进行大量虚拟雕刻，人机交互复杂，设计一件作品需要花费几个小时时间。如何提高人像浮雕的设计效率解决的技术问题。

发明内容

本发明的技术任务是针对以上不足，提供一种人脸浮雕几何建模方法，来解决现有人像浮雕建模效率低、自动化差的问题。

本发明的技术任务是按以下方式实现的：

一种人脸浮雕几何建模方法，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；

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。

通过人脸图像特征点定位、构建初始3D人脸、对初始3D人脸进行形状优化、对形状优化后3D人脸进行高度场优化，对高度优化后3D人脸进行优化生成人脸浮雕五个步骤，在少量人机互动的基础上生成可自主设定浮雕高度和映射角度的人脸浮雕。

进一步的，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；