三维表情动画技术在电影方面的应用

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1、三维表情动画技术在电影方面的应用［摘要］计算机技术的发展，使得计算机三维动画在电影作品中的运用越来越明显。在电影中三维动画技术主要应用于角色面部表情与肢体动画的制作、模拟运动仿真，以及重建和后期特效等方面。三维动画丰富的表现手法，如自由的灯光设置，任意的夸张变形，丰富的材质贴图以及特效的模拟运用，增强了电影作品的艺术表现力。［关键词］人脸表情动画技术三维模型重建doi:10.3969/j.issn.1002-6916.2011.22.037随着计算机技术的发展与革新，三维动画技术日趋成熟，在电影制作中逐步

2、获得了广泛的应用，并已成为当今电影制作的主要手段之一。曰趋完善的众多三维软件给现代电影的设计制作流程带来了极大的方便，也为设计师开拓了更广阔的创意空间。在电影中三维动画技术主要应用于角色面部表情与肢体动画的制作、模拟运动仿真，以及重建和后期特效等方面。三维动画丰富的表现手法，如自由的灯光设置，任意的夸张变形，丰富的材质贴图以及特效的模拟运用，增强了电影作品的艺术表现力，超越了一般传统模式电影艺术的表现局限性，充分发挥设计者的想象力和创作思维，几乎不受到外界的任何阻挠。三维表情动画技术领域屮，最显著的应用是

3、在商业影片屮，例如《透明人》、《功夫熊猫》、《阿凡达》、《冰河世纪》、《哈里波特》等。这些电影的制作无不体现了三维表情技术的魅力。动画师总在不断追寻更具发展潜力的动画制作系统，希望利用最新的学术研究成果来修改和扩展当前的动画制作系统。一、三维表情动画技术的原理三维表情动画技术一直是计算机图形学中的一个难题，涉及人脸面部多个器官的协调运动，由于人脸肌肉结构复杂，表情非常丰富，在现有的技术水平下，唯有表演驱动的人脸动画技术能实现真实感三维人脸动画合成的目的。在实际的制作中计算机扫描妞部目的是为了获取几何形态，

4、通常有两种主要的输入途径：三维输入和二维输入。1.三维输入几何建模器(geometricmodelers)是最传统的面部造型工具。通过标准的计算机图形技术可以进行人脸面部大多数器官的儿何建模，并且可以设计任意的面部模型。但由于面部结构的复杂性，该设计过程需要较多的时间和设计技巧。使用三维扫描仪(3dscanner)和编码光距离传感器(codedlightrangesensor)是获得人脸几何形状最直接的方法。2.二维输入基于立体图像的照相测量术可以获得妞部形状。先从不同的视点获取物体的两幅图像，运用图像处

5、理技术得到两幅图像中的匹配点，通过三角几何学测量这些点的三维坐标。由于自动搜寻匹配点是一个难题，所以有时需要在脸部描绘网格。如果向面部投射一个规则的结构光(如线阵或方形网格)，那么就可以直接从一幅二维图像中得到面部的三维形状。二、动画控制驱动技术首先构造一个“基于面分块的三维人脸几何模型”。在这种模型中，整张人脸按照一定的规律被分解成多个部分，每个部分可以单独建模和处理，将各个部分组合在一起又能构成一张完整的人脸。由于人脸具有许多共性，例如面部五官的比例关系和位置关系是不会因人而异的，这是分块的基础。人脸

6、是一个弹性体，交互式修改一般人脸几何模型时，移动模型上的任意一点后，需要计算整个人脸模型顶点的位置变化。由于模型的数据量很大，在实际计算中开销较大，将整个人脸表诎分成若干小块后，规定各点的变动只影响该点所在块内部的其它点，而不影响其它块的点，这样计算量就明显减小，精度也相应有所提高。将人脸表面分块后，必须为其设计一个良好的数据结构，以便对人脸几何模型进行操作。其数据结构必须使每个器官或部分要求能单独存储表示，能将它们很方便地从整张人睑屮分离出来，而其拓扑关系保持不变；同时要能访问到三维几何模型中的任一顶点

7、；在标记出哪些点是特征点的情况下，要能较快地查找到某个顶点的邻接顶点或与之相关联的边。在分块完成后，需要根据特征点标注的人脸动作形成模型的数据库，由优选的算法将数据整合重建，形成面部表情动画。面部表情动画的计算机生成是部塑造的最后也是最关键的一步，需要借助于计算机图形学的前沿理论。需要开发建立有针对性的HDFACE系统，对人脸的弹性形变进行分析处理。由于当人脸出现某种特定表情时，整个人脸面部的形状与屮性人脸表情状态的形状相比有所不同，具体到每一个子块后，其块内的形变就比较小，当两种表情间的帧数大于5时，各

8、帧间每一子块内的形变和位移就更小。因此可以采用弹性形变模型来模拟脸部表情，达到实时动态生成的效果。特别是可以根据其弹性形变的数据建立特定表情库。以“眼睛睁开”这个特定脸部表情动作的实现为例，核心思想是：在将人脸几何模型进行分块的基础上，针对参与运动的各子块进行弹性形变，也就是形变参数随时间变化而改变，其结果是分块后的几何模型随时间变化而变化，经过光滑与光顺处理、纹理映射后，最终获得特定人脸的某些表情动画“眼睛睁开”。分析表情“