[发明专利]三维虚拟人嘴部运动的实现方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种虚拟人嘴部运动的实现方法，特别是涉及一种三维虚拟人嘴部运动的实现方法。

背景技术

三维人脸动画是计算机三维动画技术领域的重要研究内容，具有真实感的三维人脸动画在人机交互、视频会议等方面都有广泛的应用，而嘴部作为人类语言交流的主要器官，在传递信息和情感交流等方面起着不可替代的作用，嘴部运动是否具有真实感对人脸动画好坏有着至关重要的作用，因此对嘴部运动的研究有着重要的意义。

Waters最早用肌肉模型生成了人脸表情动画，通过控制肌肉的收缩实现对嘴部运动的控制，但是由于嘴部肌肉的复杂性，该模型不能实现对嘴部运动的精确控制，在生成嘴部动画时具有较大的局限性。

文献“授权公告号是CN101566828B的中国发明专利”公开了一种虚拟人嘴部运动控制方法，该方法采用摆动导杆机构模型模拟虚拟人嘴部运动。该方法能较好的实现正常情况下嘴部的张合运动，但是由于受到摆动导杆机构模型的限制，运动控制参数数量有限，运动规律单一，无法模拟多种嘴部的张合运动；并且人嘴部的张合也不是简单的刚性运动，该模型不能体现嘴部运动的柔性和非线性特性，无法实现细腻的嘴部运动。

发明内容

为了克服现有虚拟人嘴部运动控制方法虚拟人嘴部运动粗放的不足，本发明提供一种三维虚拟人嘴部运动的实现方法。该方法首先获取三维人脸网格数据模型；其次，根据嘴部的运动特性在模型的嘴部区域选择特征点作为运动控制点；最后采用柔性空间四杆机构模型，把嘴部区域的点看作从动杆上的一点，取曲柄的旋转角速度为控制参数，根据机架、曲柄、连杆、摇杆之间的位置关系和曲柄的初始安装位置，以及曲柄旋转角速度等输入参数，得到嘴部区域点的转动角度从而驱动嘴部区域网格点的运动，模拟真实的嘴部运动，并通过对顶点缓冲区域顶点的处理消除边界处的过拉伸现象。本发明数学模型简单，并且可以通过调整柔性空间机构的位置关系来实现更丰富的嘴部细腻运动，同时采用柔性空间机构模型能更加逼真的模拟嘴部的真实运动情况和非线性变形，具有较高的逼真度。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种三维虚拟人嘴部运动的实现方法，其特点是采用以下步骤：

步骤一、采用Proser7.0导出三维人脸网格模型；在导出的模型中，以人物的鼻尖为基准，建立坐标系XYZ，水平向右方向为X轴正向，垂直向上方向为Y轴正向，Z轴垂直于XOY平面向外，三个轴方向符合右手法则。

步骤二、根据嘴部的运动特性在模型的嘴部区域选择特征点作为运动控制点。在所得到的网格模型上，划分出与嘴部运动相关的区域，便于对嘴部运动控制点的选取。根据嘴部运动的实际情况，将嘴部张合运动看作是下颚围绕颧弓处进行的转动。按照MPEG-4中对嘴部区域特征点的定义，选取颧弓处的特征点FDP2.19和FDP2.20，两嘴角处的特征点FDP8.3和FDP8.4，下嘴唇上边界特征点FDP2.5、FDP2.9、FDP2.3、FDP2.8和FDP2.4及下颌边界处特征点FDP2.1、FDP2.11、FDP2.12、FDP2.13和FDP2.14作为嘴部区域的边界点，用来确定嘴部在XOY平面的区域；通过颧弓处特征点FDP2.19和FDP2.20来确定嘴部区域的侧面范围；选取人脸三维网格模型上落在嘴部区域正面范围内，并且Z值大于颧弓处特征点Z值的全部网格点作为嘴部区域的运动控制点。