[发明专利]一种具有高逼真面部特征的三维人体参数化建模方法

说明书

本发明公开了一种具有高逼真面部特征的三维人体参数化建模方法，训练三维人体参数化数学模型，针对要处理的用户对象，基于三维人体原始数据，求解出逼近求解方程中与用户对象相关的变量，重建出用户对象具有几何外形数据的三维人体模型；建立具有纹理贴图的标准模板。即建立标准纹理，该标准纹理对用户实例提供基础的纹理图片，并提供通用的纹理映射信息；实现具有高逼真度面部特征的三维人体参数化建模结果。通过纹理映射，将用户的纹理图片匹配在标准纹理图片上。进而，使用图片无缝融合算法，降低用户的纹理图片与标准纹理图片之间存在的色调差异，实现两者间的无缝拼接，得到最终结果。

技术领域

本发明涉及图像数据处理技术领域，具体涉及一种具有高逼真面部特征的三维人体参数化建模方法。

背景技术

在计算机图形学领域，三维人体建模是充满挑战的，原因主要包括两方面。

首先，人体是由多种材质组成的动态对象，具有高度的复杂性，难以完美地数字化三维再现，而且三维人体原始数据是不完美的，永久性地具有原始数据缺陷。

通过研究发现：海量的三维人体模型实例组成了一个三维人体空间，并可以用参数化数学模型来公式化地描述该三维人体空间，建立具体三维人体实例的三维人体模型结果，这就是三维人体参数化建模方法。三维人体参数化建模方法功能稳定：因为所求解出的结果一定符合三维人体参数化数学模型，所以，即便输入的是残缺数据，依旧能自动地建立完整的三维人体模型结果。从而，它避免了传统三维扫描方法经常因数据残缺导致结果有缺陷的不足。

其次，用户感知的敏感性，用户非常容易察觉到结果的失真度。因此，三维人体建模不但要求能准确复现人体三维外形几何数据，还要求视觉效果的逼真度，这其中面部特征尤为重要。

根据文献检索，与本发明相关的代表性专利有以下几个方面：

1)与三维人体参数化建模有关的专利有CN201310215996.3和CN201310555513.4。201310215996.3为三维人体形态和姿态的无标记点实时复原方法；CN201310555513.4为表演者的无标记点三维实时捕获系统。这两个专利均为本发明所在项目组的既有工作，提出了各自的三维人体参数化建模方法，对三维人体几何外形的姿态和形态实现了求解。上述专利采用离散的三维人体参数化建模方法，更加关注人体的参数化表示，对面部特征缺乏高逼真度的表示。

2)与面部纹理重建相关专利：基于单帧人脸图像的实时三维人脸重建方法CN201811418790.X、一种基于三向的三维激光下的面部纹理特征扫描仪CN201620396107.7、一种三维头部建模方法及装置CN201610371399.3。上述专利，是通过一些面部特征点，如两个眼睛中心、鼻尖点等，计算仿射矩阵，通过仿射矩阵再计算模型与纹理图像的匹配关系。上述专利重建的纹理主要侧重于面部特征的逼真度，不具备统一的纹理映射信息，难以用于增强现实、虚拟现实等具体应用。

发明内容

为解决现有技术中的不足，本发明提供一种具有高逼真面部特征的三维人体参数化建模方法，解决了具有高逼真面部特征的三维人体参数化建模问题。

为了实现上述目标，本发明采用如下技术方案：一种具有高逼真面部特征的三维人体参数化建模方法，获取用户对象的三维人体原始点云数据以及面部特征点的位置；

通过训练后的三维人体参数化数学模型，求解出与用户对象相关的形态空间参数和姿势空间参数，同时重建出用户对象具有高逼真面部几何特征的三维人体模型；

预先建立标准纹理模板。通过重建出的高逼真面部几何特征的三维人体模型，将采集的用户面部纹理图片投影到上述三维人体模型上，从而替换掉标准纹理模板的面部区域，再通过泊松融合算法实现两者间的无缝拼接，得到具有高逼真面部纹理特征的三维人体参数化建模结果。

进一步的，三维人体参数化数学模型为：