[发明专利]一种三维卡通人脸生成方法和系统

说明书

技术领域

本发明涉及计算机图形图像处理技术，特别涉及一种三维卡通人脸生成方法和系统。

背景技术

人脸艺术造型，特别是三维卡通人脸，因其既与原型人脸相似，又具有一定的艺术夸张效果，以及能够给观众带来更好的亲和力，所以在现代数字生活中（例如在线游戏、卡通影视、虚拟社区等场景中）具有重要的应用意义。

目前，获得三维卡通人脸有两条途径。途径一是由美工人员通过手工方式在专业软件（如MAYA、3DS MAX等）环境下完成，整个制作过程耗时耗力且需要较强的专业技能；途径二是借助研究人员提供的计算机技术快速生成人脸艺术造型。其中，Fujiwara等人开发了PICASSO造型系统，该系统首先统计平均人脸参数，然后夸张输入人脸与平均人脸的差异，整个造型生成过程较为自动化。Akleman提出了一种交互式制作三维艺术造型的方法，该方法首先观察输入的人脸特征，然后使用一些立方体或圆柱体来描述这些特征，此方法可以生成具有较高艺术感的三维造型，但需要很丰富的艺术背景知识。Shadbolt首先从两张正交的照片恢复该人脸的三维结构，然后通过比较输入人脸与真实人脸的差异对人头模型进行变形，但是该工作对目标人脸的特征表达不够具体、突出。Lee等人为三维人脸模型定义了一套RBF（Radial Basis Function）的控制点和肌肉向量规范，然后基于正面和侧面照片重建三维人脸模型，调节这些控制点与肌肉向量则可以交互操作方式产生形变效果。除此之外，国内的多个研究团队也在这个方面开展了大量研究工作。其中，潘志庚等人提出了一种自动生成变形人脸的方法与系统，采用改进的ASM（Active Shape Model）从单张照片中提取特征点，并且基于平均人脸将特征点进行夸张，同时利用RBF函数进行全局人脸变形。

然而，现有的三维卡通人脸生成方法在进行夸张的同时往往没有考虑到与真实人脸的相似性，从而导致生成的三维卡通人脸无法兼顾艺术效果和与真实人脸的相像程度。

发明内容

根据本发明的一个实施例，提供一种三维卡通人脸生成方法，所述方法包括：

步骤1）、设置可调节艺术造型参数α_i，基于主成分子空间和α_i生成三维真实人脸模型X₃的三维卡通人脸X₃(i)；

步骤2）、计算生成的三维卡通人脸X₃(i)的艺术性指标的值和与对应的真实人脸的相似性指标的值，其中所述艺术性指标体现α_i的大小，所述与对应的真实人脸的相似性指标体现X₃(i)与对应的真实人脸之间的相似距离；

步骤3）、判断生成的三维卡通人脸X₃(i)的艺术性指标和与对应的真实人脸的相似性指标是否满足预定条件，如不满足则重复步骤1）重新设置可调节艺术造型参数α_i且重新生成相应的三维卡通人脸X₃(i)，以及重复步骤2）重新计算生成的三维卡通人脸X₃(i)的艺术性指标的值和与对应的真实人脸的相似性指标的值，直到生成的三维卡通人脸X₃(i)的艺术性指标和与对应的真实人脸的相似性指标满足预定条件。

在一个实施例中，步骤1）中基于主成分子空间和α_i生成三维真实人脸模型X₃的三维卡通人脸X₃(i)包括：根据下式获得X₃(i)，

X₃(i)=X₃+Pα_i，

其中，X₃为三维真实人脸模型，P为构成所述主成分子空间的特征向量矩阵，α_i为可调节艺术造型参数。

在一个实施例中，步骤3）包括：

步骤31）、根据下式计算最大化优化目标函数f(i)：