[发明专利]基于肌肉模型的人脸表情动画合成方法

说明书

技术领域

本发明涉及计算机技术，特别涉及一种基于肌肉模型的人脸表情动画合成方法。

背景技术

随着计算机硬件技术不断地更新，人们的视觉欣赏要求也越来越高，从二维平面到三维空间，无论是游戏还是动画，都越来越讲究画面的立方体感和真实感。人脸动画，作为最能突出人物特性的动画，在过去三十年里，得到了飞速的发展。人的脸部与动物最明显的区别之一就是微妙多变的表情活动。人的脸部表情动画也是计算机图形与仿真领域最具挑战性的技术之一。这主要由于以下几个原因：第一，人的脸部表情相当的丰富；第二，人脸表情涉及到多个面部器官(眼、嘴、耳朵、脸部)的协调运动；第三，要展现一个高仿真的人脸表情，需要人脸表情心理学方面的特殊知识、人脸肌肉结构的解剖学知识、形状几何学的知识和图形学可视化的知识等。人脸表情动画合成通常包括三个过程：设计脸部模型一一获取脸部数据——驱动模型化的脸部生成各种表情。按照驱动源的不同，人脸表情动画模型可以分为基于参数的人脸模型、基于物理特征的人脸模型、基于图像操作的人脸模型和基于运动跟踪的人脸模型。基于参数的方法即模型参数化，用多边形表示人脸的结构，选择适当的参数可以产生许多面部表情，但描述对应表情的三角形的变化是一个非常复杂的过程。基于肌肉物理特性的人脸表情模型，主要由向量模拟肌肉的运动，这种方法独立于人脸的网格结构，实现起来较容易，速度也快，仿真效果也较好，适合于游戏、动画的要求，缺点是只有通过精确的肌肉定位和参数调节才能模拟特定的人脸结构。基于图像操作的人脸模型常用的方法如形态(Morphing)算法，主要是建立图像像素之间的对应关系，而建立一个合理的扭曲函数(warp function)则是整个算法成败的关键。基于表演跟踪的人脸表情模型主要是用传感器来捕捉表演者的动作数据，并将这些数据直接或间接生成脸部表情，产生细致入微的表情，缺点是成本大，不利于推广。

对于基于人脸肌肉的表情模型，传统方法合成动画表情常常碰到两个问题：

(1)肌肉收缩时会破坏原来脸部的拓扑结构；

(2)肌肉收缩所应该具有的局部皮肤膨胀现象。

因此，传统的生成真实感人脸表情动画算法存在着以下不足之处：(1)传统的位移约束算法在处理脸部的拓扑结构时易出现“突尖”情况；(2)传统的人脸肌肉运动主要是使用线性肌来模拟肌肉的拉伸，线性肌方法在解决脸部皮肤膨胀现象时立体感不够强，变化不够自然；(3)皮肤是不可压缩的，现实中当肌肉收缩时，一部分皮肤组织跟着收缩，而另一部分皮肤组织因此而膨胀，采用保体积法把人脸模型分为表皮层、脂肪层、肌肉层，脸部的三角面片改成是有体积的三角棱柱，人脸肌肉收缩时保持体积不变。采用保体积法，整个求解过程是一个迭代的过程，所以表情生成速度较慢，不能满足实时性较高的游戏和动画行业的需求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种模型简单，可明显提高动画表情生成速度的基于肌肉模型的人脸表情动画合成方法；本方法在人脸肌肉模型的基础上，可使表情变化带动肌肉的收缩更加自然，从而虚拟人物的表情变化更具视觉效果，立体感更强。

本发明的目的通过下述技术方案实现：一种基于肌肉模型的人脸表情动画合成方法，其特征在于：包括下述步骤——

(1)确定受影响区域，所述受影响区域包括挤压区域E_r和由挤压区域生成的膨胀区域E_b。

所述挤压区域E_r的点P满足

{P|P∈F且与的夹角是锐角}，

其中V₁为骨结点，V₂表示皮肤结点，F表示肌肉向量影响区域的边缘点集，M表示受肌肉向量影响最大的点。

所述由挤压区域生成的膨胀区域E_b的点P满足