一种快速真实感人脸绘制的方法

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1、万方数据第32卷第1期2006年1月北京工业大学学报JOURNAI．0FBEll[NGUNIVERSITYOFTECHNOLOGYvol32No1．tar_．2006一种快速真实感人脸绘制的方法孔德慧，李丽岩，尹宝才(北京工业大学计算机学院多媒体与智能软件技术北京市重点实验室，北京100022)摘要：为了生成具有微观结构的真实感人脸模型，提出了一种基于几何纹理映射的方法该方法将法向图映射到人睑几何模型上，由于法向囤中的每个像索值都代表着法向量，使得人睑几何模型表面产生了像素级别的法向量；用光矢量对这些法向量扰动并与作为颜色纹理的

2、人脸纹理图相融合，得到了具有皮肤纹理和细小凹凸特征的人脸模型关键词：真实感；绘制；纹理；人脸中图分类号：TP391．41文献标识码：A文章编号：0254—0037(2006)010077—06真实感人脸绘制可应用于电影、广告动画、计算机游戏、视频会议以及人机接口等多种领域．从20世纪70年代Parke提出世界上第1个人脸合成系统[1]以来，真实感人脸合成技术就一直是计算机图形学领域中一个富有挑战性的研究课题．真实感人脸建模和绘制的困难主要源于2个方面：首先，人脸的几何、纹理以及运动非常复杂，皮肤的反射属性不能使用普通的光照明模型

3、完善地表达出来；其次，人脸是人们最熟悉的器官之一，人脸模型对人脸外观的任何轻微偏离以及人脸颜色的任何非正常变化都能被敏锐地感觉到作者提出一种真实感人脸绘制方式，通过简单方法获取法向图，利用几何纹理映射技术实现真实感的人脸绘制1人脸皮肤绘制皮肤的真实感绘制效果主要通过2方面的途径实现并提高，一方面是获得皮肤表面在不同光照条件下所表现出的特性，利用光照明模型重现；另一方面是增加皮肤表面的几何细节信息．在获取皮肤反射属性方面已经有很多的工作，Hanrahan等人用MonteCarlo光线跟踪方法绘制皮肤[2]．Marschner等人用

4、校准相机对有标志物体进行拍照，通过对照片处理和计算获取双向反射分布函数(BRDF)[⋯．Debevec等人利用实验设备测量皮肤在不同光照下的反射属性和表面法向，在绘制过程中利用光照明模型重现这些属性[4]这些工作都在皮肤的颜色属性上得到较高质量的绘制效果，但是其处理过程通常需要复杂的计算以及昂贵的实验设备．精细的结构信息是增加皮肤表面几何细节的有效方式，对于提高人脸绘制的真实感非常重要．Haroy和wu等人在这方面作了相关的工作【5’6J，2者的绘制过程类似，但是法向图的获取方式不同．法向图是指1幅纹理图中每个像素的像素值(RG

5、B值)代表1个法向量．在wu等人的工作中№J，通过处理模型的几何结构，利用Delaunay三角剖分产生法向图，得到的法向图真实感不高，原因是人脸的几何结构比较复杂，一部分Delaunay三角剖分不能生成真实的结构，使用者要花费大量时间选择正确的基函数以易4除不正确的三角剖分．Hal-(3y利用Shapingfromshading技术L5·⋯，用实验设备获取数据并处理数据，分别得到人脸脸颊、额头、下巴、鼻子等处皮肤的法向图，利用纹理合成的方法得到整个人脸的法向图，得到的人脸具有比较真实的皮肤细节结构．它们的法向图如图1(a)、(b

6、)所示．在真实感绘制方面。针对其他非人脸物体表面物理细节模拟的工作也有很多Kautz介绍了不同细节收稿日期：2004—04—20．基金项目：北京市自然科学基金资助项目(1)070601—01)；北京市教育委员会资助项目(P070701一01)作者简介：孔德慧(1968一)，女，内蒙古包头人，副教授万方数据北京工业大学学报2006正级别几何图的合成方法以及绘制效果旧1；Hertzmann利用高度图(heightmap)在图像表面添加细小的凹凸来提高绘画的真实感”o从上述工作可知，不论是人脸还是非人脸真实感绘制，几何细节的增加都可以

7、极大提高模型真实感．几何细节的增加主要是利用几何纹理映射技术．几何纹理映射是Blinn于1978年提出用来模拟皱纹或者凹凸表面的一种真实感绘制技术【1⋯．几何纹理映射技术通过对入射到表面的光线扰动进而产生凹凸视觉．这种技术极大地提高了表面具有细小凹凸物体的真实感，而对模型的几何细节并没有任何形式的改变．几何纹理映射技术需要通过实验或者计算来得到与表面相对应的具有表面微观信息的纹理图(如法向图等)．作者直接在图片库中选择一幅具有类似于皮肤表面微观细节信息的图片，利用纹理合成技术【l“，将其合成为符合实验要求大小的bmp图，将此纹理

8、图作为法向图(图1(c))．这种法向图的获取无需实验和计算，但本方法具有较好的真实感，并且计算速度快，方法简单．(a)利用Delaunay三角剖分得到2人脸模型构造(b)利用shapefrom(c)直接从纹理库shading获得中选择图1法向图Fig1Norma