[发明专利]基于3D头发模板进行3D头发建模的设备和方法

说明书

技术领域

本发明涉及三维(3D)头发建模技术，具体说来，涉及一种能够自动进行3D头发建模的有效设备和方法，其中，利用通过简单的拍摄装置(例如，普通相机)捕获的头像，基于3D头发模板来进行3D头发建模。

背景技术

人的头发(即，发型)在非真实渲染、人物肖像和数字人物动画中是非常重要的部分，头发的创建在虚拟形象(avatar)和娱乐应用中显著增强了虚拟角色的真实感。因此，针对3D角色的头发建模是3D计算机图形和计算机视觉领域的关键问题。这项技术允许在虚拟/增强现实的环境中复制出真实的头发外貌。

在3D计算机图形领域中，3D建模是指产生任意三维对象的算术表示的处理，该处理产生的结果称为3D模型。目前的多数3D头发建模主要通过手动来实现模型的创建，这种方式不仅耗费时间，而且需要大量的人为参与。此外，其它典型的3D头发建模方式通常需要专门的拍摄设备(如“HairPhotobooth：Geometirc and Photometirc Acquisition of Real Hairstyles，Paris，Adobe，SIGGRAPH 08”中采用的是非常复杂的拍摄装置，包括：16个数码相机、150个LED光源以及在大型圆顶蓬上固定的3个DLP投影仪)，在这种方式中，需要拍摄大量的图像，从而花费相当长的时间(如，几个小时)才可创建出3D头发模型。另外，某些头发产生方法(如第7609261号美国专利公开的头发建模方法)所需要的输入(如，表面模型、基准头发(guide hairs)和头发簇(clump hairs))是难以计算的，并且采用的方式为重复处理现有的头发以在最终的发型中产生更多的头发细节(由于头发是基于同样的基础而生成，因此可能会导致头发的外观不真实)，某些发型产生方法(如第7418371号美国专利)采用的算法非常复杂(包括头发渲染模块)，并且需要人为参与到具体的处理过程中。

另外需要注意的是，某些针对非头发的3D建模方法无法直接应用于3D头发建模，这是由人的头发本身的特质所决定的。具体说来，与其它建模对象相比，头发在个体之间的差异更大。换言之，不同的个体可能具有非常类似的脸型或头部形状，但是他们的发型却各有自己的特色和个性，所表现出的差别也就难以通过简单的建模方式来体现。

因此，可以看出，在现有技术中，无法基于普通拍摄装置捕获的图像而有效地自动进行3D头发建模。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于3D头发模板进行3D头发建模的设备和方法，根据所述3D头发建模设备和方法，能够利用通过简单的拍摄装置(例如，普通相机)捕获的头像，基于3D头发模板来自动实现有效的3D头发建模。

根据本发明的一方面，提供一种基于3D头发模板进行3D头发建模的设备，所述设备可包括：3D头发模板库，用于预先存储一个或多个3D头发模板；以及3D头发模型产生单元，用于接收正视头发图像和3D头部模型，基于所述正视头发图像的特点并结合3D头部模型对由3D头发模板库提供的一个或多个3D头发模板进行操作，从而产生真实3D头发模型。

所述3D头发模型产生单元可包括：头发分类单元，用于接收正视头发图像，基于所述正视头发图像的特点得出所述正视头发图像的发型类别，并在由3D头发模板库提供的多个3D头发模板中找出与所述发型类别相应的3D头发模板；以及头发校准单元，用于结合3D头部模型对头发分类单元找出的3D头发模型进行校准，从而产生真实3D头发模型。

所述头发分类单元可包括：头发形状检测器，用于检测正视头发图像的头发形状；边界细化器，用于对由头发形状检测器检测的头发形状进行边界细化；形状特征提取器，用于从由边界细化器细化的头发边界提取形状特征；分类定义器，用于将3D头发模板库提供的多个3D头发模板划分为多个发型类别；分类器，用于基于由形状特征提取器提取的形状特征来确定所述正视头发图像的发型类别，并在分类定义器划分出的多个发型类别的3D头发模板中找出与所述正视头发图像的发型类别相应的3D头发模板。

头发校准单元可计算3D头发模板所基于的参考头部模型与3D头发模板之间的偏差，然后计算用于使得参考头部模型变为3D头部模型的变换参数，将计算出的参考头部模型与3D头发模板之间的偏差变换为针对3D头部模型的偏差，并将变换后的偏差应用于3D头部模型。

头发形状检测器可通过面部检测、皮肤颜色建模、头发颜色建模、标准图像处理来输出头发形状的轮廓。

述形状特征提取器提取的形状特征可包括：头发的量、头发的对称性、头发分线位置和头发的长度。