[发明专利]一种三维卡通人脸生成方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及计算机图形学、统计学和进化计算领域，特别是涉及一种三维卡通人脸生成方法及装置。

背景技术

在信息化技术迅猛发展的今天，数字娱乐已融入到人们生活的各个角落。近年来，卡通产品吸引了社会各年龄阶层人群的青睐，随着三维虚拟环境技术的发展和普遍应用，三维卡通形象在动漫影视、网络游戏、虚拟社区、辅助教学等领域呈现出越来越广泛的应用。如在Active World、Second Life等虚拟环境中人们想用自身的虚拟卡通形象来代替真实人脸，从而能够很好地营造出轻松愉快的氛围。目前的三维卡通形象主要由美工人员使用Maya、3DS Max等三维建模软件手工制作完成，需要较多的时间和精力，制作成本相应较高，因而通过计算机来生成三维卡通具有重要意义。现有技术中，由计算机生成三维卡通人脸主要包括交互式生成和自动生成两种方法。

交互式生成三维卡通人脸，主要是通过人机交互的方式对用户观察出的人脸特征进行夸张来获得生成人脸的三维卡通形象，这种方法由制作者感知照片人脸的特征，然后用各种形状的几何体模型来模拟这些特征，将这些几何体组合起来做出一个抽象的卡通人脸，然后用NURBS曲面进行整体拟和，产生一个完整的人脸。该方法虽然效果较好，但需要一定的艺术相关知识及大量的交互动作。

自动生成三维卡通人脸，主要是由计算机提取人脸特征并将其进行夸张来自动生成人脸的三维卡通形象。现有技术中的一种方法首先获得三维真实人脸的平均特征，然后通过将人脸的特征与平均人脸特征进行比较，从而发现个性化的特征，并对该特征进行夸张变形从而获得一定的夸张艺术效果。此方法只能抓住人脸简单的整体特征并进行扩大、缩小等简要的线性变化，不能很好地刻画出人脸特征并将多个特征进行夸张。另一种方法是预定义了一个平均三维真实人脸，首先以两张正交人脸照片重构三维真实人脸，然后比较其和平均人脸的差异，并对该差异进行线性放缩，以此获得夸张效果。该方法只能夸张重建的三维真实人脸的简单特征，不能提取出人脸的多个特征并将这多个特征在整体上进行协调变化。

发明内容

本发明的目的在于提供一种三维卡通人脸生成方法及装置。其能够使得生成的三维卡通人脸既可以得到与定义的三维卡通人脸数据库类似的变形效果，又具有与真实人脸的相似性。

为实现本发明的目的而提供的一种三维卡通人脸生成方法，包括下列步骤：

步骤100.利用三维卡通人脸数据库和二维真实人脸照片生成与真实人脸相似的三维卡通人脸部件；

步骤200.对所述与真实人脸相似的三维卡通人脸部件进行缩放，并对平移缩放后的与真实人脸相似的三维卡通人脸部件进行三维卡通人脸重建，最后将重建的三维卡通人脸进行插值运算生成最终的三维卡通人脸。

所述步骤100，包括下列步骤：

步骤110.建立三维卡通人脸数据库，根据所述三维卡通人脸数据库建立三维卡通人脸部件PCA子空间；

步骤120.利用二维真实人脸照片和所述三维卡通人脸部件PCA子空间，生成与真实人脸相似的三维卡通人脸部件。

所述步骤110，包括下列步骤：

步骤111.建立三维卡通人脸数据库并定义三维卡通人脸部件；

步骤112.由所述定义将三维卡通人脸进行拆分，提取三维卡通人脸部件几何信息并进行归一化处理，建立三维卡通人脸部件数据库；

步骤113.将所述三维卡通人脸部件的特征提取出来并分析其主成分，建立三维卡通人脸部件PCA子空间。

所述步骤120，包括下列步骤：

步骤121.重建与二维真实人脸照片对应的三维真实人脸并按照所述三维卡通人脸部件定义拆分出三维真实人脸部件；

步骤122.将所述三维真实人脸部件在所述三维卡通人脸部件PCA子空间进行投影并进行遗传采样，以获得投影向量；

步骤123.将所述投影向量进行三维还原重建，得到与真实人脸相似的三维卡通人脸部件。

所述步骤200，包括下列步骤：

步骤210.计算所述三维真实人脸部件与所述与真实人脸相似的三维卡通人脸部件在位置和形状上的差异，并根据计算结果对所述与真实人脸相似的三维卡通人脸部件进行平移和缩放；

步骤220.将经过平移和缩放的所述与真实人脸相似的三维卡通人脸部件投影到三维卡通人脸部件PCA子空间得到投影向量，并用投影向量进行三维卡通人脸重建；

步骤230.将重建后的三维卡通人脸进行Kriging插值生成最终的三维卡通人脸。

为实现本发明的目的还提供一种三维卡通人脸生成装置，所述装置，包括：