專利名稱：一種三維人臉模型的調(diào)整方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及計(jì)算機(jī)圖形與圖像處理領(lǐng)域，特別是涉及一種三維人臉網(wǎng)格模型的調(diào)
整方法。
背景技術(shù)：
毋庸置疑，在日常生活中人們很在乎一個(gè)人的臉蛋是否漂亮。比如，女孩會(huì)喜歡通 過(guò)化妝來(lái)使自己變得更漂亮些，越來(lái)越多的人愿意花錢去美容院做整形手術(shù)。近年來(lái)，很多 研究人員對(duì)怎樣的人臉才是漂亮的以及如何讓人臉變得更漂亮做了大量的研究。有些研 究人員通過(guò)前人的理論與真實(shí)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證了一個(gè)人是否漂亮是與對(duì)稱性、古典主義準(zhǔn) 則和黃金分割率這三個(gè)因素密切相關(guān)的，并提出了一套如何計(jì)算二維人臉圖像美麗值的方 法，參見K. Schmid， D.Mark and A. Samal. Computation of a faceattractiveness index based on neoclassical canons, symmetry, and golden ratios. Pattern Recognition, 2008， pp. 2710-2717。 一些韓國(guó)研究人員通過(guò)大量的人臉美容臨床實(shí)驗(yàn)，提出通過(guò)使側(cè) 臉特征點(diǎn)之間的某些角度符合一些經(jīng)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)值來(lái)使人臉變得漂亮的理論，參見H. Park, S. Rhee， S. Kang and J丄ee. Harmonized profiloplasty using balanced angular profile analysis. AestheticPlastic Surgery, 2004， pp.89_97。 最近，一些研究人員提出了一種人臉圖像自動(dòng)化妝的方法。該方法通過(guò)對(duì)化妝實(shí) 例對(duì)進(jìn)行學(xué)習(xí)，即學(xué)習(xí)化妝前與化妝后二張圖像的差別信息，然后將實(shí)例對(duì)的化妝效果真 實(shí)地轉(zhuǎn)移到未化妝的圖像上來(lái)，參見W. Tong， C.Tang， M.Brown and Y. Xu. Example-based cosmetic transfer. InProceedings of 15th Pacific Conference on Computer Graphics andA卯lications，2007， pp. 211-218。還有一些研究人員提出了另一種人臉圖像自動(dòng)化 妝方法，該方法無(wú)需化妝實(shí)例對(duì)，只需要一張化過(guò)妝的實(shí)例，就可以將其效果高效的移植到 未化妝的圖像上來(lái)，參見D. Guo and T. Sim. Digital face makeup by example. In CVPR， 2009.然而，這兩種方法均只是簡(jiǎn)單地改變?nèi)四槇D像的顏色與細(xì)節(jié)信息，并沒有改變?nèi)四?圖像的任何幾何特征信息，因而沒有根本性的提高人臉的吸引力。最近，一些研究人員提 出了一種基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的二維人臉圖像的美化方法。該方法通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)的方法對(duì)一些 比較漂亮的人臉圖像庫(kù)進(jìn)行學(xué)習(xí)，然后將學(xué)習(xí)得到的特征轉(zhuǎn)移到未美化的圖像上來(lái)，并對(duì) 整張圖像進(jìn)行非線性變換，在只對(duì)原始圖像進(jìn)行微小改動(dòng)的情況下，得到效果突出的美 化后的人臉圖像，參見T. Ley麗d， D. Cohen-0r， G. Dror and D. Lischinski. Date-driven enhancementof facial attractiveness. ACM Transactions on Graphics, 2008.然而，這 個(gè)方法只適用于二維人臉圖像的美化，它并無(wú)法直接對(duì)三維人臉網(wǎng)格模型進(jìn)行調(diào)整美化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種既能保留人臉細(xì)節(jié)特征又能提高人臉吸引力的三維人臉模型 的調(diào)整方法。 為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案
—種三維人臉模型的調(diào)整方法，包括以下五個(gè)步驟 (1)三維掃描儀獲取三維人臉模型后，交互地在三維人臉模型上指定人臉的至少 55個(gè)初始特征點(diǎn)并將三維人臉模型劃分為6個(gè)特征區(qū)域；多于55個(gè)初始特征點(diǎn)可以進(jìn)行 更細(xì)致地調(diào)整，但會(huì)增加計(jì)算量。 (2)采用最小二乘變換技術(shù)，對(duì)三維人臉模型上的6個(gè)特征區(qū)域的初始特征點(diǎn)進(jìn) 行局部性和全局性的對(duì)稱化調(diào)整，得到對(duì)稱調(diào)整后的三維特征點(diǎn)； (3)依據(jù)人臉的古典主義法則和黃金分割率法則，將對(duì)稱調(diào)整后的三維特征點(diǎn)進(jìn) 行全局的比例調(diào)整，得到比例調(diào)整后的三維特征點(diǎn)； (4)采用側(cè)臉糾正方法，將比例調(diào)整后的三維特征點(diǎn)進(jìn)行非線性最小二乘優(yōu)化，得 到側(cè)臉調(diào)整后的三維特征點(diǎn)； (5)采用拉普拉斯變形算法，將初始特征點(diǎn)與側(cè)臉調(diào)整后的三維特征點(diǎn)進(jìn)行線性 方程組求解，得到調(diào)整后的三維人臉模型。 步驟(1)中，三維掃描儀獲取三維人臉模型后，交互地在三維人臉模型上指定人
臉的55個(gè)初始特征點(diǎn)并將三維人臉模型劃分為6個(gè)特征區(qū)域的方法如下 先將三維掃描儀獲取的三維人臉模型放于指定的空間坐標(biāo)系中，使z軸正方向與
人臉的正面方向一致，y軸正方向與人臉的頭頂方向一致。根據(jù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于人臉特征點(diǎn)
位置的相關(guān)說(shuō)明與自己定義的19個(gè)特征點(diǎn)位置，利用人機(jī)交互技術(shù)，手工地在三維人臉模 型上指定55個(gè)初始特征點(diǎn)。大部分特征點(diǎn)的空間坐標(biāo)位置分布可參見J. Shi，A. Samal and D. Marx. How effective are landmarks and their geometry for face recognition Computer Vision and Image Understanding, pp. 117-133以及H. Park, S. Rhee， S. Kang and J.Lee. Harmonized profiloplasty using balanced angular profileanalysis. Aesthetic Plastic Surgery, pp. 89_97。 初始特征點(diǎn)的序號(hào)從零開始，其中，第零初始特征點(diǎn)直至第三十初始特征點(diǎn)與第 三十六，第三十七，第五十四初始特征點(diǎn)將用于比例性與對(duì)稱性的調(diào)整操作，第二初始特征 點(diǎn)，第十七初始特征點(diǎn)，第十八初始特征點(diǎn)，第十九，第二十二，第二十七，第三十一初始特 征點(diǎn)，第三十二初始特征點(diǎn)，第三十三初始特征點(diǎn)，第三十四初始特征點(diǎn)，第三十五初始特 征點(diǎn)，第三十六初始特征點(diǎn)，第三十七初始特征點(diǎn)將用于側(cè)臉調(diào)整操作，除這些點(diǎn)之外的其 它初始特征點(diǎn)將用于三維人臉外形輪廓的控制。 根據(jù)人臉上關(guān)鍵特征的分布，將人臉劃分成以下6個(gè)特征區(qū)域眉毛特征區(qū)域、眼 睛特征區(qū)域、鼻子特征區(qū)域、嘴唇特征區(qū)域、耳朵特征區(qū)域、臉頰特征區(qū)域。這些特征區(qū)域 的初始特征點(diǎn)以特征點(diǎn)對(duì)的形式出現(xiàn)。其中，眉毛特征區(qū)域包含第一特征點(diǎn)對(duì)和第二特征 點(diǎn)對(duì)，其中第一特征點(diǎn)對(duì)由第一初始特征點(diǎn)和第三初始特征點(diǎn)組成，第二特征點(diǎn)對(duì)由第六 初始特征點(diǎn)和第七初始特征點(diǎn)組成；眼睛特征區(qū)域包含第三特征點(diǎn)對(duì)、第四特征點(diǎn)對(duì)和第 五特征點(diǎn)對(duì)，其中，第三特征點(diǎn)對(duì)由第十初始特征點(diǎn)和第十三初始特征點(diǎn)組成，第四特征點(diǎn) 對(duì)由第十一初始特征點(diǎn)和第十二初始特征點(diǎn)組成，第五特征點(diǎn)對(duì)由第十四初始特征點(diǎn)和第 十五初始特征點(diǎn)組成；鼻子特征區(qū)域包含第六特征點(diǎn)對(duì)，第六特征點(diǎn)對(duì)由第十七初始特征 點(diǎn)和第十九初始特征點(diǎn)組成；嘴唇特征區(qū)域包含第七特征點(diǎn)對(duì)和第八特征點(diǎn)對(duì)，其中第七 特征點(diǎn)對(duì)由第二十一初始特征點(diǎn)和第二十三初始特征點(diǎn)組成，第八特征點(diǎn)對(duì)由第二十四初 始特征點(diǎn)和第二十六初始特征點(diǎn)組成，耳朵特征區(qū)第十一特征點(diǎn)對(duì)，其中，第九特征點(diǎn)對(duì)由第四初始特征點(diǎn)和第九初始特征點(diǎn)組成，第十特征 點(diǎn)對(duì)由第十六初始特征點(diǎn)和第二十初始特征點(diǎn)組成，第十一特征點(diǎn)對(duì)由第三十六初始特征 點(diǎn)和第三十七初始特征點(diǎn)組成；臉頰特征區(qū)域包含第十二特征點(diǎn)對(duì)，第十二特征點(diǎn)對(duì)由第 二十九初始特征點(diǎn)和第三十初始特征點(diǎn)組成。
步驟(2)中，采用最小二乘變換技術(shù)，對(duì)三維人臉模型上的6個(gè)特征區(qū)域的初始特
征點(diǎn)進(jìn)行局部性和全局性的對(duì)稱化調(diào)整，得到對(duì)稱調(diào)整后的三維特征點(diǎn)的方法如下采用反射變換T (參見N. Mitra， L. Guibas and M. Pauly. Symmetrizaion. ACM
transactions on Gr即hics， 2007， PP. 1-8)分別對(duì)每個(gè)特征區(qū)域上的每個(gè)特征點(diǎn)對(duì)進(jìn)行
最小二乘坐標(biāo)變換，使每個(gè)特征區(qū)域上的每個(gè)初始特征點(diǎn)移動(dòng)距離最小并且反射變換后的
特征點(diǎn)對(duì)沿每個(gè)特征區(qū)域的局部對(duì)稱軸對(duì)稱。通過(guò)該反射變換T，還可以得到每個(gè)特征區(qū)
域的局部對(duì)稱軸，采用空間坐標(biāo)系中yz平面的y軸作為全局對(duì)稱軸，根據(jù)各個(gè)特征區(qū)域的
局部對(duì)稱軸與全局對(duì)稱軸之間的差異，對(duì)各個(gè)特征區(qū)域反射變換后的特征點(diǎn)對(duì)進(jìn)行平移旋
轉(zhuǎn)變換T ' (參見N. Mitra， L. Guibas and M. Pauly. Symmetrizaion. ACM transactions
on Graphics, 2007， PP. 1-8)，使平移旋轉(zhuǎn)變換后的各個(gè)特征對(duì)關(guān)于全局對(duì)稱軸對(duì)稱。最
后將平移旋轉(zhuǎn)變換后的第零特征點(diǎn)，平移旋轉(zhuǎn)變換后的第二特征點(diǎn)，平移旋轉(zhuǎn)變換后的第
十八特征點(diǎn)，平移旋轉(zhuǎn)變換后的第二十二特征點(diǎn)，平移旋轉(zhuǎn)變換后的第二十五特征點(diǎn)，平移
旋轉(zhuǎn)變換后的第二十七特征點(diǎn)，平移旋轉(zhuǎn)變換后的第二十八特征點(diǎn)，平移旋轉(zhuǎn)變換后的第
三十一特征點(diǎn)，平移旋轉(zhuǎn)變換后的第三十二特征點(diǎn)，平移旋轉(zhuǎn)變換后的第三十三特征點(diǎn)，平
移旋轉(zhuǎn)變換后的第三十四特征點(diǎn)，平移旋轉(zhuǎn)變換后的第三十五特征點(diǎn)的x坐標(biāo)值都賦值為
o來(lái)實(shí)現(xiàn)將這些特征點(diǎn)移動(dòng)至全局對(duì)稱軸上，得到第零對(duì)稱調(diào)整后的三維特征點(diǎn)、第一對(duì)
稱調(diào)整后的三維特征點(diǎn)......第五十四對(duì)稱調(diào)整后的三維特征點(diǎn)。具體實(shí)現(xiàn)方法可參見
N. Mitra， L. Guibas， S. Kang and J.Lee. Symmetrization. ACMTransactions on Graphics, pp. 1-8以及J. Kim and S. Choi. Symmetricdeformation of 3D face scans using facial features and curvatures. ComputerAnimation and Virtual Worlds,pp.289—300。
步驟(3)所述的依據(jù)人臉的古典主義法則和黃金分割率法則，將對(duì)稱調(diào)整后的三 維特征點(diǎn)進(jìn)行全局的比例調(diào)整，得到比例調(diào)整后的三維特征點(diǎn)的方法如下
依據(jù)與人臉美麗密切相關(guān)的5條古典主義法則(即以下步驟所述的古典主義法則 2、4、8、5、6)和6條黃金分割率法則(本發(fā)明用到其中3條即黃金分割率法則14、17、7)(參 見K. Schmid，D. Mark and A. Samal. Computation ofa face attractiveness index based on neoclassical canons, symmetry, and goldenratios. Pattern Recognition,2008， pp. 2710-2717)，順序的執(zhí)行以下9條比例調(diào)整步驟，使調(diào)整后的人臉與采用的美麗準(zhǔn)則基 本一致 1)將第零對(duì)稱調(diào)整后的三維特征點(diǎn)和第二十八對(duì)稱調(diào)整后的三維特征點(diǎn)固定作 為第零臨時(shí)比例調(diào)整后的三維特征點(diǎn)和第二十八臨時(shí)比例調(diào)整后的三維特征點(diǎn)，得到人臉 的長(zhǎng)度^ = |:^-，其中y。p為第零臨時(shí)比例調(diào)整后的三維特征點(diǎn)的y軸坐標(biāo)值，YJ為第
二十八臨時(shí)比例調(diào)整后的三維特征點(diǎn)的y軸坐標(biāo)值，y。p和y28p通過(guò)上述步驟已知； 2)根據(jù)古典主義法則2， Fh = Nl = Lfh，其中Fh、 Nl、 Lfh分別表示前額長(zhǎng)度，鼻
子長(zhǎng)度和除前額、鼻子后的臉剩余長(zhǎng)度。顯然，^ = |X — ^ I ，M = |< —《8 I ,華=
尸 /*其中，Y31p為第三十一臨時(shí)比例調(diào)整后的三維特征點(diǎn)的y軸坐標(biāo)值，Y18p為第十八臨時(shí)比例 調(diào)整后的三維特征點(diǎn)的y軸坐標(biāo)值； 為了使古典主義法則2更好的與東方人臉模型相匹配，本發(fā)明采用以下公式作為 新的古典主義法則2 :<formula>formula see original document page 6</formula> 其中，a p a2、 a 3分別表示Fh、 Nl、 Lfh的權(quán)重，它們的值將在實(shí)驗(yàn)中確定。因此 可以由第零臨時(shí)比例調(diào)整后的三維特征點(diǎn)和第二十八臨時(shí)比例調(diào)整后的三維特征點(diǎn)和新 的古典主義法則2來(lái)確定第十八臨時(shí)比例調(diào)整后的三維特征點(diǎn)和第三十一臨時(shí)比例調(diào)整 后的三維特征點(diǎn)的位置。根據(jù)第十八臨時(shí)比例調(diào)整后的三維特征點(diǎn)和第三十一臨時(shí)比例調(diào) 整后的三維特征點(diǎn)的變化情況來(lái)調(diào)整臨時(shí)比例調(diào)整后的特征點(diǎn)集合A = {1，2，3，4，6，7，9， 10，11，12，13，14，15，16，20，29，30，36，37}和臨時(shí)比例調(diào)整后的特征點(diǎn)集合B = {17， 19， 21， 22， 23， 24， 25， 26， 27， 32， 33}的位置。其中點(diǎn)集合A、B中的數(shù)字分別與臨時(shí)比例調(diào)整后 的三維特征點(diǎn)的編號(hào)相對(duì)應(yīng)。 點(diǎn)集合A、B中的點(diǎn)的變化分別與點(diǎn)18、點(diǎn)31兩點(diǎn)的變化相同。默認(rèn)的，權(quán)值系數(shù) Ql、 a2、 ci3—般都取成1/3。 3)根據(jù)古典主義法則4， Nl = El，其中N1、E1分別表示鼻子的長(zhǎng)度，耳朵的長(zhǎng)度， 并且￡/ = (|/-/6| + |乂-,。1)/2,其中，y/為第四臨時(shí)比例調(diào)整后的三維特征點(diǎn)的y軸坐
標(biāo)值，y16p為第十六臨時(shí)比例調(diào)整后的三維特征點(diǎn)的y軸坐標(biāo)值，y9p為第九臨時(shí)比例調(diào)整后 的三維特征點(diǎn)的y軸坐標(biāo)值，yj為第二十臨時(shí)比例調(diào)整后的三維特征點(diǎn)的y軸坐標(biāo)值；將 第四臨時(shí)對(duì)稱調(diào)整后的三維特征點(diǎn)和第九臨時(shí)對(duì)稱調(diào)整后的三維特征點(diǎn)固定作為第四臨 時(shí)比例調(diào)整后的三維特征點(diǎn)和第九臨時(shí)比例調(diào)整后的三維特征點(diǎn)，使用以下公式來(lái)計(jì)算第 十六臨時(shí)比例調(diào)整后的三維特征點(diǎn)的位置<formula>formula see original document page 6</formula> 通過(guò)該公式就可以得到《6 = A + 三維特征點(diǎn)特征點(diǎn)的新位置是戶2'0=尸20 +<formula>formula see original document page 6</formula>
'同樣的，第二十臨時(shí)比例調(diào)整后的
<formula>formula see original document page 6</formula>.由于改變了耳朵的三維特征點(diǎn)的
位置，因此必須使用下列公式來(lái)相應(yīng)的等比例調(diào)整第三十六臨時(shí)對(duì)稱調(diào)整后的三維特征點(diǎn)
和第三十七臨時(shí)對(duì)稱調(diào)整后的三維特征點(diǎn)的位置
《6
<formula>formula see original document page 6</formula>4)根據(jù)黃金分割率法則14， Fl/Fw = 04，其中Fl、 Fw分別表示臉長(zhǎng)和臉寬，
a 4是黃金分割率，x29P是第二十九臨時(shí)對(duì)稱調(diào)整后的三維特征點(diǎn)的x軸坐
標(biāo)值，x3。P是第三十臨時(shí)對(duì)稱調(diào)整后的三維特征點(diǎn)的x軸坐標(biāo)值。因此，通過(guò)第零臨時(shí)比例 調(diào)整后的三維特征點(diǎn)和第二十八臨時(shí)比例調(diào)整后的三維特征點(diǎn)可以計(jì)算出第二十九臨時(shí) 比例調(diào)整后的三維特征點(diǎn)和第三十臨時(shí)比例調(diào)整后的三維特征點(diǎn)的位置P' 29(_Fl/2 a ，y29P)，P' 30(Fl/2ci ，y30p)。特征點(diǎn)集合A' = {4，36，16}和B' = {9， 37,20}的變化應(yīng)與第 二十九臨時(shí)比例調(diào)整后的三維特征點(diǎn)和第三十臨時(shí)比例調(diào)整后的三維特征點(diǎn)的比例調(diào)整 變化相一致，其中相應(yīng)的數(shù)字分別與臨時(shí)比例調(diào)整后的三維特征點(diǎn)的編號(hào)相對(duì)應(yīng)。顯然第 二十九臨時(shí)比例調(diào)整后的三維特征點(diǎn)和第三十臨時(shí)比例調(diào)整后的三維特征點(diǎn)的變化將會(huì) 引起人臉外輪廓的變形，因此，必須以如下公式對(duì)左臉外輪廓特征點(diǎn)集合C二 {38，39，40， 5， 44， 45， 46， 47， 48}進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整: 《'=f +
卩尸尸、
尸尸
、x29—義31
(尸29 -尸29) 同樣的，必須以如下力、 52,53}進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整
X式對(duì)右臉外輪廓特征點(diǎn)集合D
{41，42，43，8，49，50，51，
尸、
尸
、乂30—X3I
其中集合C、D中的數(shù)字分別與臨時(shí)比例調(diào)整后的三維特征點(diǎn)的編號(hào)相對(duì)應(yīng)；
5)根據(jù)古典主義法則8， Fw/Nw = a 5，其中Fw、 Nw分別表示臉寬，鼻寬，
= |《畫《
5 = 4。因此，第十七臨時(shí)比例調(diào)整后的三維特征點(diǎn)和第十九臨時(shí)比例調(diào)
整后的三維特征點(diǎn)的位置可以表示成 P' 17(-Fw/a5，y17P)、P' 19 (Fw/a 5， y19P)。 6)根據(jù)古典主義法則5， Id = Nw，其中Id、 Nw分別表示眼間距和鼻寬， 似=|《-《|。為了使該法則更好的與東方人臉模型相匹配，本發(fā)明采用以下公式作為新的
古典主義法則5 :
Id麵=a 6 其中，cie是一個(gè)接近1的變量并會(huì)在實(shí)驗(yàn)中被確定。因此，第i^一臨時(shí)比 例調(diào)整后的三維特征點(diǎn)和第十二臨時(shí)比例調(diào)整后的三維特征點(diǎn)的位置可以表示成 P' n(-Nw a6/2， ynP)、P' 12 ( a 6 Nw/2， y12P)。與上述的第4)步驟一樣，如果改變了第 十一臨時(shí)比例調(diào)整后的三維特征點(diǎn)和第十二臨時(shí)比例調(diào)整后的三維特征點(diǎn)的位置，就必須 對(duì)特征點(diǎn)集合{1，6，13，14}和{3，7，10，15}作相應(yīng)的調(diào)整，集合{1，6，13，14}和集合{3，7， 10， 15}中的數(shù)字分別與臨時(shí)比例調(diào)整后的三維特征點(diǎn)的編號(hào)相對(duì)應(yīng)。 7)根據(jù)古典主義法則6， Id = Efw，其中Id、Efw分別表示眼間距，右(左)眼裂寬 度，￡> = |《3 —《I (orE/W—《—《|)。為了使該法則更好的與東方人臉模型相匹配，本發(fā)
明采用以下公式作為新的古典主義法則6 :
Efw/Id = a 7 其中，a,是一個(gè)接近1的變量并會(huì)在實(shí)驗(yàn)中被確定。因此，第十三臨時(shí) 比例調(diào)整后的三維特征點(diǎn)和第十臨時(shí)比例調(diào)整后的三維特征點(diǎn)的位置可以表示成 P' 13(_Id* (1+2* a7)/2，y13P)、P' !。(Id (1+2* a7)/2，yi。P)。然后，根據(jù)下列兩個(gè)公式 等比例的調(diào)整第十四臨時(shí)對(duì)稱調(diào)整后的三維特征點(diǎn)和第十五臨時(shí)對(duì)稱調(diào)整后的三維特征 點(diǎn)的位置，第十四臨時(shí)比例調(diào)整后的三維維特征點(diǎn)和第十五臨時(shí)比例調(diào)整后的三維特征點(diǎn) 的位置可表示成<formula>formula see original document page 8</formula>
8)根據(jù)黃金分割率法則17，Mw/Nw = a 8，其中Mw、Nw分別表示嘴寬和鼻寬，a 8是 黃金分割率。因此，第二十四臨時(shí)比例調(diào)整后的三維特征點(diǎn)和第二十六臨時(shí)比例調(diào)整后的 三維特征點(diǎn)的位置可以表示成P' 24(_NwX a 8/2， y24P) ， P' 26(a 8XNw/2， y26P)。然后，根 據(jù)下列兩個(gè)公式等比例的調(diào)整第二十一臨時(shí)對(duì)稱調(diào)整后的三維特征點(diǎn)和第二十三臨時(shí)對(duì) 稱調(diào)整后的三維特征點(diǎn)的位置，第二十一臨時(shí)比例調(diào)整后的三維維特征點(diǎn)和第二十三臨時(shí) 比例調(diào)整后的三維特征點(diǎn)的位置可表示成
<formula>formula see original document page 8</formula>
9)根據(jù)黃金分割率法則7， Lc/Nw = a 9，其中，Lc、 Nw分別表示嘴唇到下巴的距 離和鼻寬，Zc-l;^-:^1， a9是黃金分割率。因此，第二十二臨時(shí)比例調(diào)整后的三維維特 征點(diǎn)的位置可以表示成P' 22 (x22P，y28P+a9XNW)。與上述的第4)步驟一樣，如果改變了第 二十二臨時(shí)對(duì)稱調(diào)整后的三維特征點(diǎn)的位置，就必須對(duì)特征點(diǎn)集合{21， 23， 24， 25， 26， 27，
54}作相應(yīng)的調(diào)整。 上述9個(gè)步驟中所涉及的式子中，Pi(XiP，yiP)和P/ (x/' ，/)分別表示第i個(gè) 特征點(diǎn)變化前后的位置坐標(biāo)，x和y分別表示了模型空間坐標(biāo)的x值和y值。經(jīng)過(guò)以上9步 的比例調(diào)整操作，可以得到55個(gè)特征點(diǎn)的變化量di((ki， dy》=P' i-Pi，O《i《54。最 后，55個(gè)對(duì)稱調(diào)整后的三維特征點(diǎn)的新位置可以按照以下公式來(lái)計(jì)算 [畫]p' i = Pi+di a 10，0《i《54，0《a 10《1 其中，a w表示三維人臉模型在比例美化操作中變化程度，Pi為臨時(shí)對(duì)稱調(diào)整后的 三維特征點(diǎn)的位置，Pi'為對(duì)稱調(diào)整后的三維特征點(diǎn)的位置。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)aw值接近 黃金分割率的倒數(shù)時(shí)，三維人臉模型的美化效果最好。 步驟(4)中采用側(cè)臉糾正方法，將比例調(diào)整后的三維特征點(diǎn)進(jìn)行非線性最小二乘 優(yōu)化，得到側(cè)臉調(diào)整后的三維特征點(diǎn)的方法如下 將三維人臉模型上的11個(gè)編號(hào)為2， 17， 18， 22， 27， 31， 32， 33， 34， 35， 36的比例調(diào) 整后的三維特征點(diǎn)作為決定側(cè)臉是否漂亮的關(guān)鍵特征點(diǎn)。將第二比例調(diào)整后的三維特征點(diǎn) 和第三十六比例調(diào)整后的三維特征點(diǎn)的坐標(biāo)位置作為第二側(cè)臉調(diào)整后的三維特征點(diǎn)和第 三十六側(cè)臉調(diào)整后的三維特征點(diǎn)的坐標(biāo)位置，由于只是在側(cè)臉上進(jìn)行比例調(diào)整后的三維特 征點(diǎn)的糾正，所以不改變其他9個(gè)比例調(diào)整后的三維特征點(diǎn)的x坐標(biāo)值，而只考慮這些特征 點(diǎn)在yz平面上的位移。根據(jù)國(guó)際美容學(xué)關(guān)于側(cè)臉美容的19條標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)使下列方程值最 小來(lái)得到特征點(diǎn)集合Q = {2，17，18，22，27，31，32，33，34，35，36}最優(yōu)化的最小位移
<formula>formula see original document page 8</formula>
其中，Ei是國(guó)際美容學(xué)的第i條側(cè)臉美學(xué)標(biāo)準(zhǔn)，比如說(shuō)，第一條側(cè)臉美學(xué)標(biāo)準(zhǔn)可以
<formula>formula see original document page 8</formula>
i， o i分別表示第i條側(cè)臉美學(xué)標(biāo)準(zhǔn)中角度值的平均值與標(biāo)準(zhǔn)差。E'是一個(gè)新 的能量方程，目的是讓特征點(diǎn)集合Q中特征點(diǎn)的位移量最小，如下表示<formula>formula see original document page 9</formula> 其中，Qi和Q' i分別表示特征點(diǎn)集合Q中側(cè)臉美化前與側(cè)臉美化后的特征點(diǎn)。 P g和o g分別表示這些特征點(diǎn)位移量的平均值與標(biāo)準(zhǔn)差，這兩個(gè)參數(shù)由用戶在實(shí)驗(yàn)中來(lái) 確定。 步驟(5)中，采用拉普拉斯變形算法，將初始特征點(diǎn)與側(cè)臉調(diào)整后的三維特征點(diǎn) 進(jìn)行線性方程組求解，得到調(diào)整后的三維人臉模型的方法如下 以55個(gè)初始特征點(diǎn)作為三維人臉模型的控制點(diǎn)，將該55個(gè)初始特征點(diǎn)拉動(dòng)到 經(jīng)過(guò)優(yōu)化后的55個(gè)側(cè)臉調(diào)整后的三維特征點(diǎn)位置，通過(guò)求解最小二乘線性方程組來(lái)對(duì)整 個(gè)三維人臉模型進(jìn)行拉普拉斯變換，得到保留住大部分細(xì)節(jié)特征的調(diào)整后后的三維人臉模 型。 本發(fā)明提出一種全新的三維人臉模型的美化方法，采用對(duì)稱性、比例性、國(guó)際美容 學(xué)的側(cè)臉角度和諧性作為理論依據(jù)，采用保細(xì)節(jié)特征的拉普拉斯變形技術(shù)，更好地實(shí)現(xiàn)了 讓三維人臉在變得漂亮的同時(shí)，保留住了人臉上的大部分細(xì)節(jié)特征信息。本發(fā)明算法明確， 界面友好，結(jié)果魯棒，且該方法可以用于虛擬人臉整容、網(wǎng)絡(luò)視頻聊天、計(jì)算機(jī)游戲、視頻會(huì) 議和計(jì)算機(jī)動(dòng)畫等領(lǐng)域。


圖1為本發(fā)明的技術(shù)方案流程圖。 圖2為本發(fā)明三維人臉模型的正面人臉的特征點(diǎn)分布圖。 圖3為本發(fā)明三維人臉模型的側(cè)臉的特征點(diǎn)分布圖。 圖4為本發(fā)明初始人臉示意圖與調(diào)整后的人臉示意圖的對(duì)比圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明一種三維人臉模型的美化方法的實(shí)施例子進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
如圖1所示，一種三維人臉模型的美化方法，包括交互地在三維人臉模型上指定 人臉的55個(gè)特征點(diǎn)、采用最小二乘變換技術(shù)得到對(duì)稱美化后的新特征點(diǎn)、依據(jù)人臉的古典 主義和黃金分割率法則得到比例美化后的新特征點(diǎn)、采用國(guó)際美容學(xué)的側(cè)臉糾正方法得到 側(cè)臉美化后的新特征點(diǎn)、采用拉普拉斯變形算法得到美化后的三維人臉模型五個(gè)步驟。
現(xiàn)具體介紹本方法的五個(gè)步驟 1)交互地在三維人臉模型上指定人臉的55個(gè)特征點(diǎn) 對(duì)于通過(guò)三維掃描儀獲取得到的三維人臉模型，將待處理的三維模型放于指定的 空間坐標(biāo)系中，并交互地對(duì)三維模型的位置進(jìn)行稍微調(diào)整，使z軸正方向與人臉的正面方 向一致，y軸正方向與人臉的頭頂方向一致。利用人機(jī)交互技術(shù)，手工地在三維人臉模型上 指定55個(gè)特征點(diǎn)。正面人臉特征點(diǎn)的分布可見圖2，側(cè)臉特征點(diǎn)的分布可見圖3。 55個(gè)點(diǎn) 的位置分別如下 第零初始特征點(diǎn)位于前額發(fā)緣中點(diǎn)，
第一、三初始特征點(diǎn)分別位于左右眉毛上邊緣區(qū)域的最高點(diǎn)， 第二初始特征點(diǎn)位于左右兩邊眉毛的中間， 第四、九初始特征點(diǎn)分別位于左右耳朵外緣的最高點(diǎn)， 第五、八初始特征點(diǎn)分別位于靠近左右眉毛外的區(qū)域并位于頭部的外輪廓線上， 第六、七初始特征點(diǎn)分別位于左右眉毛下邊緣的最低點(diǎn)， 第十、十三初始特征點(diǎn)分別位于右左眼的外邊緣， 第十一、十二初始特征點(diǎn)分別位于右左眼的內(nèi)邊緣， 第十四、十五初始特征點(diǎn)分別位于左右眼睛下邊緣的最低點(diǎn)， 第十六、二十初始特征點(diǎn)分別位于左右耳朵外緣的最低點(diǎn)， 第十七、十九初始特征點(diǎn)分別位于鼻子左右側(cè)的最邊緣點(diǎn)， 第十八初始特征點(diǎn)位于鼻子的中點(diǎn)， 第二十一、二十二初始特征點(diǎn)分別位于左右嘴唇最高點(diǎn)，
第二十二初始特征點(diǎn)位于上嘴唇的中點(diǎn)， 第二十四、二十六初始特征點(diǎn)分別位于閉合嘴唇的最左點(diǎn)和最右點(diǎn)，
第二十七初始特征點(diǎn)位于下嘴唇的下邊緣點(diǎn)，
第二十八初始特征點(diǎn)位于下巴的最底端， 第二十九、三十初始特征點(diǎn)分別位于左右兩邊顴骨的最外邊緣， 第三^^一初始特征點(diǎn)到第三十七初始特征點(diǎn)可參見文獻(xiàn)K. Schmid， D.Mark and
A. Samal. Computation of a face attractiveness index based o皿eoclassical canons,
symmetry, and golden ratios. Pattern Recognition, 2008，pp.2710-2717， 第三十八初始特征點(diǎn)到第五十三初使特征點(diǎn)平均分布于人臉的外輪廓， 第五十四初始特征點(diǎn)位于下嘴唇與下頜之間的凹陷部位。 特征點(diǎn)的序號(hào)從0開始，其中，特征點(diǎn)O直至特征點(diǎn)30與36，37，54將用于比例性 與對(duì)稱性的美化操作，特征點(diǎn)2， 17， 18， 19， 22， 27， 31， 32， 33， 34， 35， 36， 37將用于側(cè)臉糾正 操作，除這些點(diǎn)之外的其它特征點(diǎn)將用于三維人臉外形輪廓的控制。 2)采用最小二乘變換技術(shù)，先后對(duì)人臉模型上的6個(gè)特征區(qū)域進(jìn)行局部性和全局 性的對(duì)稱化操作，得到新的對(duì)稱美化后的三維特征點(diǎn) 根據(jù)人臉上關(guān)鍵特征的分布，將人臉劃分成以下6個(gè)特征區(qū)域眉毛、眼睛、鼻子、 嘴唇、耳朵、臉頰。這些特征區(qū)域的特征點(diǎn)以特征點(diǎn)對(duì)的形式出現(xiàn)。其中，眉毛特征區(qū)域包 含特征點(diǎn)對(duì)1和3，6和7 ;眼睛特征區(qū)域包含特征點(diǎn)對(duì)10和13， 11和12， 14和15 ;鼻子特 征區(qū)域包含特征點(diǎn)對(duì)17和19 ;嘴唇特征區(qū)域包含特征點(diǎn)對(duì)21和23， 24和26 ;耳朵特征區(qū) 域包含特征點(diǎn)對(duì)4和9， 16和20， 36和37 ;臉頰特征區(qū)域包含特征點(diǎn)對(duì)29和30。采用反射 變換T分別對(duì)每個(gè)特征區(qū)域上的特征點(diǎn)對(duì)進(jìn)行最小二乘坐標(biāo)變換，使每個(gè)特征區(qū)域上的特 征點(diǎn)移動(dòng)距離最小并且局部對(duì)稱。通過(guò)該變換，還可以得到每個(gè)區(qū)域的對(duì)稱軸，采用坐標(biāo)系 中yz平面的y軸作為全局對(duì)稱軸，根據(jù)各個(gè)區(qū)域的局部對(duì)稱軸與全局對(duì)稱軸之間的差異， 對(duì)各個(gè)區(qū)域進(jìn)行平移旋轉(zhuǎn)變換T'，使各個(gè)區(qū)域關(guān)于全局對(duì)稱軸對(duì)稱。最后通過(guò)將特征點(diǎn) 0， 2， 18， 22， 25， 27， 28， 31， 32， 33， 34， 35的x坐標(biāo)值賦值為0來(lái)實(shí)現(xiàn)將這些特征點(diǎn)移動(dòng)至全 局對(duì)稱軸上。 3)依據(jù)人臉的古典主義和黃金分割率法則，對(duì)人臉輪廓和臉部五官特征進(jìn)行全局的比例美化，得到新的比例美化后的三維特征點(diǎn) 依據(jù)與人臉美麗密切相關(guān)的5條古典主義和6條黃金分割率法則，順序的執(zhí)行以 下9條比例美化步驟，使美化后人臉與采用的美麗準(zhǔn)則基本一致
第一步固定特征點(diǎn)0和特征點(diǎn)28，并得到人臉的長(zhǎng)度F/ =
第二步根據(jù)古典主義法則2， Fh = Nl = Lfh，其中Fh、 Nl、 Lfh分別表示前
a ,+ a 。+ a
1
額長(zhǎng)度，鼻子長(zhǎng)度和除前額、鼻子后的臉剩余長(zhǎng)度。顯然，^叫《-《l，iw叫^-,8|，
Z^-卜fs-3^l。為了使該法則更好的與東方人臉模型相匹配，本發(fā)明采用以下公式作為新
的古典主義法則2 :
W 一 M — W ar2 a3 其中，Ql、 a2、 a3分別表示Fh、Nl、Lfh的權(quán)重，它們的值將在實(shí)驗(yàn)中確定。因此 可以由第0，28個(gè)特征點(diǎn)和修改后的法則來(lái)確定特征點(diǎn)18和31的位置。當(dāng)特征點(diǎn)18和31 發(fā)生變化時(shí)，必須根據(jù)這兩點(diǎn)的變化情況來(lái)調(diào)整特征點(diǎn)集合A = {1，2，3，4，6，7，9，10，11， 12， 13， 14， 15， 16， 20， 29， 30， 36， 37}和特征點(diǎn)集合B = {17， 19， 21， 22， 23， 24， 25， 26， 27， 32， 33}的位置。點(diǎn)集合A、B中的點(diǎn)的變化分別與點(diǎn)18、31兩點(diǎn)的變化相同。默認(rèn)的，權(quán)值系 數(shù)Ql、 a2、 c^一般都取成1/3。 第三步根據(jù)古典主義法則4， Nl = El，其中Nl、 El分別表示鼻子的長(zhǎng)度，耳朵的
長(zhǎng)度，并且￡/ =
特征點(diǎn)16的新位置
<formula>formula see original document page 11</formula>
/ -《。|)/2 。不改變特征點(diǎn)4和9的位置，使用以下公式來(lái)計(jì)算
<formula>formula see original document page 11</formula> 通過(guò)該公式就可以得到& = A +
<formula>formula see original document page 11</formula>
'同樣的，特征點(diǎn)20的新位置是
<formula>formula see original document page 11</formula>
，由于改變了耳朵的特征點(diǎn)位置，因此必須使用下列公式來(lái)相應(yīng)的等
比例調(diào)整特征點(diǎn)36和37的位置
<formula>formula see original document page 11</formula> 第四步根據(jù)黃金分割率法則14，F(xiàn)l/Fw = 04，其中Fl、Fw分別表示臉長(zhǎng)和臉寬，
Fw =卜9 -《o| ， a 4是黃金分割率。因此，通過(guò)特征點(diǎn)0和28可以計(jì)算出特征點(diǎn)29和30兩
點(diǎn)的新的位置P' 29(-Fl/2a4，y29P)，P' 3。 (Fl/2 a 4， y3。P)。特征點(diǎn)集合A = {4， 36， 16}和 B = {9，37，20}的變化應(yīng)與特征點(diǎn)29和30的變化一致。顯然特征點(diǎn)29和30的變化將會(huì) 引起人臉外輪廓的變形，因此，必須以如下公式對(duì)左臉外輪廓特征點(diǎn)集合C = {38，39，40， 5， 44， 45， 46， 47， 48}進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整:
<formula>formula see original document page 11</formula>
同樣的，必須以如下公式對(duì)右臉外輪廓特征點(diǎn)集合D 52,53}進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整
{41，42，43，8，49，50，51，
尸'=尸+
廣尸、
、—
、乂 第五步根據(jù)古典主義法則8， Fw/Nw = 05，其中Fw、 Nw分別表示臉寬，鼻寬， Mv = |《7-《9|， a5 = 4。因此，特征點(diǎn)17和19的新位置可以表示成P' 17 (-Fw/a 5， y17P)、 P' 19(FW/a5，y19P)。 第六步根據(jù)古典主義法則5， Id = Nw，其中Id、 Nw分別表示眼間距和鼻寬， M = |《-《2| 。為了使該法則更好的與東方人臉模型相匹配，本發(fā)明采用以下公式作為新的
古典主義法則5 :
Id麵=a 6 其中，ae是一個(gè)接近1的變量并會(huì)在實(shí)驗(yàn)中被確定。因此，特征點(diǎn)11和12的新 位置可以表示成P' u(-Nw. a6/2，yilP)、P' 12(a6*Nw/2，y12P)。與上述的第4步驟一樣， 如果改變了特征點(diǎn)11和12的位置，就必須對(duì)特征點(diǎn)集合{1，6，13，14}和{3，7，10，15}作 相應(yīng)的調(diào)整。 一般來(lái)說(shuō)，將a 6取成1. 0。 第七步根據(jù)古典主義法則6，Id二Efw，其中Id、Efw分別表示眼間距，右(左)眼 裂寬度，^> = |《3—《2|(or ^^ = |《—《。|)。為了使該法則更好的與東方人臉模型相匹配，
本發(fā)明采用以下公式作為新的古典主義法則6 :
Efw/Id = a 7 其中，a 7是一個(gè)接近1的變量并會(huì)在實(shí)驗(yàn)中被確定 位置可以表示成P' 13(_Id' (1+2 a7)/2， y力、P' 10(Id' 根據(jù)下列兩個(gè)公式等比例的調(diào)整特征點(diǎn)14和15的位置
因此，特征點(diǎn)13和10的新 (1+2 a7)/2， yi。P)。然后，
<formula>formula see original document page 12</formula>
一般來(lái)說(shuō)，將《7取成i.o。 第八步根據(jù)黃金分割率法則17，Mw/Nw = a 8，其中Mw、Nw分別表示嘴寬和鼻寬， as是黃金分割率。因此，特征點(diǎn)24和26的新位置就可以表示成P' 24(-NwX a8/2，y24P)， P' 26(a8XNw/2，y26P)。然后根據(jù)下列兩個(gè)公式等比例的調(diào)整特征點(diǎn)21和23的位置 <formula>formula see original document page 12</formula> 第九步根據(jù)黃金分割率法則7， Lc/Nw = a 9，其中，Lc、 Nw分別表示嘴唇到下巴
的距離和鼻寬，"=|;<2-;4|， 09是黃金分割率。因此，特征點(diǎn)22的新位置可以表示成
P' 22 (x2/， y28P+ a 9XNw)。與上述的第4步驟一樣，如果改變了特征點(diǎn)22的位置，就必須對(duì) 特征點(diǎn)集合{21， 23， 24， 25， 26， 27， 54}作相應(yīng)的調(diào)整。 上述9個(gè)步驟中所涉及的式子中，Pi(XiP， y。和P/ (XiP' ， y廣)分別表示第i 個(gè)特征點(diǎn)變化前后的位置坐標(biāo)，x和y分別表示了模型空間坐標(biāo)的x值和y值。經(jīng)過(guò)以上<formula>formula see original document page 13</formula>
經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)a
9步的比例美化操作，可以得到54個(gè)特征點(diǎn)的變化』 最后，54個(gè)特征點(diǎn)的新位置可以按照以下公式來(lái)計(jì)算
<formula>formula see original document page 13</formula>
其中，a 1Q表示三維人臉模型在比例美化操作中變化程度 值接近黃金分割率的倒數(shù)時(shí)，三維人臉模型的美化效果最好。 4)采用國(guó)際美容學(xué)的側(cè)臉糾正方法，對(duì)三維人臉的側(cè)臉輪廓進(jìn)行非線性最小二乘 優(yōu)化，得到新的側(cè)臉美化后的三維特征點(diǎn) 將三維人臉模型上的11個(gè)特征點(diǎn)2， 17， 18， 22， 27， 31， 32， 33， 34， 35， 36作為決定 側(cè)臉是否漂亮的關(guān)鍵特征點(diǎn)。固定住特征點(diǎn)2和36的坐標(biāo)位置，由于只是在側(cè)臉上進(jìn)行特 征點(diǎn)的糾正，所以不改變其他9個(gè)特征點(diǎn)的x坐標(biāo)值，而只考慮這些特征點(diǎn)在yz平面上的 位移。根據(jù)國(guó)際美容學(xué)關(guān)于側(cè)臉美容的19條標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)使下列方程值最小來(lái)得到特征點(diǎn)集 {2， 17， 18， 22， 27， 31， 32， 33， 34， 35， 36}最優(yōu)化的最小位移:<formula>formula see original document page 13</formula>其中，Ei是國(guó)際美容學(xué)的第i條側(cè)臉美學(xué)標(biāo)準(zhǔn)，比如說(shuō)，第一條側(cè)臉美學(xué)標(biāo)準(zhǔn)可以表示成
<formula>formula see original document page 13</formula>
P i， o i分別表示第i條側(cè)臉美學(xué)標(biāo)準(zhǔn)中角度值的平均值與標(biāo)準(zhǔn)差。E'是一個(gè)新 t方程，目的是讓特征點(diǎn)集合Q中特征點(diǎn)的位移量最小，如下表示<formula>formula see original document page 13</formula> 其中，Qi和Q' i分別表示特征點(diǎn)集合Q中側(cè)臉美化前與側(cè)臉美化后的特征點(diǎn)。 P 8和o g分別表示這些特征點(diǎn)位移量的平均值與標(biāo)準(zhǔn)差，這兩個(gè)參數(shù)因不同的三維人臉模 型而各不相同，因此具體操作時(shí)由用戶通過(guò)交互來(lái)確定它們的值。 5)采用拉普拉斯變形算法，將初始的三維人臉模型與55個(gè)優(yōu)化后的人臉特征點(diǎn) 進(jìn)行線性方程組求解，得到新的調(diào)整后的三維人臉模型。 以55個(gè)初始特征點(diǎn)作為三維人臉模型的控制點(diǎn)，將該55個(gè)特征點(diǎn)拉動(dòng)到經(jīng)過(guò)優(yōu) 化后的新的55個(gè)特征點(diǎn)位置，通過(guò)求解最小二乘線性方程組來(lái)對(duì)整個(gè)模型進(jìn)行拉普拉斯 變換，得到保留住大部分細(xì)節(jié)特征的美化后的三維人臉模型。 如圖4所示為初始的人臉示意圖與調(diào)整后的人臉示意圖的對(duì)比圖。上面一排為初 始人臉示意圖，從左到右分別為左側(cè)臉、正臉、右側(cè)臉的初始圖；下面一排為調(diào)整后的人臉 示意圖，從左到右分別為左側(cè)臉、正臉、右側(cè)臉的初始圖；從圖4可以看出調(diào)整后的人臉保 留住了人臉的大部分細(xì)節(jié)特征，同時(shí)在對(duì)稱性、比例性、和諧性上面得到了提高。
權(quán)利要求
一種三維人臉模型的調(diào)整方法，其特征在于包括以下步驟(1)三維掃描儀獲取三維人臉模型后，在三維人臉模型上指定人臉的至少55個(gè)初始特征點(diǎn)并將三維人臉模型劃分為6個(gè)特征區(qū)域；(2)采用最小二乘變換技術(shù)，對(duì)三維人臉模型上的6個(gè)特征區(qū)域的初始特征點(diǎn)進(jìn)行局部性和全局性的對(duì)稱化調(diào)整，得到對(duì)稱調(diào)整后的三維特征點(diǎn)；(3)將對(duì)稱調(diào)整后的三維特征點(diǎn)進(jìn)行全局的比例調(diào)整，得到比例調(diào)整后的三維特征點(diǎn)；(4)采用側(cè)臉糾正方法，將比例調(diào)整后的三維特征點(diǎn)進(jìn)行非線性最小二乘優(yōu)化，得到側(cè)臉調(diào)整后的三維特征點(diǎn)；(5)采用拉普拉斯變形算法，將初始特征點(diǎn)與側(cè)臉調(diào)整后的三維特征點(diǎn)進(jìn)行線性方程組求解，得到調(diào)整后的三維人臉模型。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維人臉模型的調(diào)整方法，其特征在于步驟(1)中將人臉 劃分成眉毛特征區(qū)域、眼睛特征區(qū)域、鼻子特征區(qū)域、嘴唇特征區(qū)域、耳朵特征區(qū)域、臉頰特 征區(qū)域。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維人臉模型的調(diào)整方法，其特征在于步驟(2)中采用反 射變換T分別對(duì)每個(gè)特征區(qū)域上的初始特征點(diǎn)進(jìn)行最小二乘坐標(biāo)變換，使每個(gè)特征區(qū)域上 的初始特征點(diǎn)移動(dòng)距離最小并且移動(dòng)后局部對(duì)稱。然后根據(jù)各個(gè)特征區(qū)域的局部對(duì)稱軸， 對(duì)各個(gè)特征區(qū)域進(jìn)行平移旋轉(zhuǎn)變換T'，使各個(gè)特征區(qū)域關(guān)于全局對(duì)稱軸對(duì)稱。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的三維人臉模型的調(diào)整方法，其特征在于步驟(3)中依據(jù)人 臉的古典主義和黃金分割率法則將對(duì)稱調(diào)整后的三維特征點(diǎn)進(jìn)行全局的比例調(diào)整。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的三維人臉模型的調(diào)整方法，其特征在于步驟(3)中依據(jù)5條 古典主義法則和6條黃金分割率法則，順序的執(zhí)行9條比例調(diào)整步驟，使比例調(diào)整后的人臉 與采用的美麗準(zhǔn)則基本一致，從而得到比例調(diào)整后的三維特征點(diǎn)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的三維人臉模型的調(diào)整方法，其特征在于步驟(4)中采用側(cè) 臉糾正方法與側(cè)臉上的9個(gè)比例調(diào)整后的三維特征點(diǎn)空間位置，建立并求解非線性方程 組，使經(jīng)過(guò)側(cè)臉糾正后的人臉與美容學(xué)的側(cè)臉美麗準(zhǔn)則基本一致并且使側(cè)臉上特征點(diǎn)的移 動(dòng)距離最小。
7. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的三維人臉模型的調(diào)整方法，其特征在于步驟(5)中以55個(gè) 初始特征點(diǎn)作為三維人臉模型的控制點(diǎn)，將該55個(gè)初始特征點(diǎn)拉動(dòng)到側(cè)臉調(diào)整后的三維 特征點(diǎn)的位置，通過(guò)求解最小二乘線性方程組來(lái)對(duì)整個(gè)模型進(jìn)行拉普拉斯變換，得到保留 住大部分細(xì)節(jié)特征的調(diào)整后的三維人臉模型。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種三維人臉模型的調(diào)整方法，包括以下步驟在三維人臉模型上指定至少55個(gè)初始特征點(diǎn)并劃分為6個(gè)特征區(qū)域；對(duì)初始特征點(diǎn)進(jìn)行局部性和全局性的對(duì)稱化調(diào)整；再將對(duì)稱調(diào)整后的三維特征點(diǎn)進(jìn)行全局的比例調(diào)整；將比例調(diào)整后的三維特征點(diǎn)進(jìn)行非線性最小二乘優(yōu)化進(jìn)行側(cè)臉調(diào)節(jié)，再采用拉普拉斯變形算法，將初始特征點(diǎn)與側(cè)臉調(diào)整后的三維特征點(diǎn)進(jìn)行線性方程組求解，得到調(diào)整后的三維人臉模型。本發(fā)明采用保細(xì)節(jié)特征的拉普拉斯變形技術(shù)，調(diào)整美化的同時(shí)保留住了人臉上的大部分細(xì)節(jié)特征信息，且算法明確，界面友好，結(jié)果魯棒，可用于虛擬人臉整容、網(wǎng)絡(luò)視頻聊天、計(jì)算機(jī)游戲、視頻會(huì)議和計(jì)算機(jī)動(dòng)畫等領(lǐng)域。
文檔編號(hào)G06T15/00GK101777195SQ20101010472
公開日2010年7月14日 申請(qǐng)日期2010年1月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月29日
發(fā)明者廖綺綺, 金小剛 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)