[发明专利]一种由人像浮雕重建3D人像模型的方法及系统

权利要求书

1.一种由人像浮雕重建3D人像模型的方法，其特征在于以单幅人像浮雕为输入，提取人像浮雕中的法向和人脸轮廓，通过法向迁移方法以及基于模板的形状优化方法重建出与人像浮雕具有相似外观的3D人像模型，所述方法包括：

S100、选取一个3D人脸模板，在给定观察方向上对3D人脸模板和人像浮雕进行人像特征点匹配以及人脸轮廓匹配，得到初始3D人脸；

S200、计算人像浮雕的基础法向和细节法向，并分别将人像浮雕的基础法向和细节法向迁移到初始3D人脸上，得到法向迁移后3D人脸法向图；

S300、以法向迁移后3D人脸法向图内的法向为目标法向，将初始3D人脸内每个三角面片沿着其中心进行旋转，使得每个三角面片的法向与目标法向匹配以求解梯度和散度向量，并通过求解基于梯度和向量散度的双拉普拉斯线性系统以实现初始3D人脸的形状优化，得到形状优化后3D人脸；

S400、根据人像浮雕的轮廓法向估算一个膨胀法向层，将人像浮雕的基础法向和细节法向迁移至膨胀法向层后，叠加形状优化后3D人脸的法向、并通过优化确保叠加边界处的法向连续性，得到3D人像整体法向图；

S500、以3D人像整体法向图内的法向为目标法向，将人像浮雕内每个三角面片沿着其中心进行旋转，使得每个三角面片的法向与上述目标法向匹配以求解梯度和散度向量，并通过求解基于梯度和散度向量的双拉普拉斯线性系统以实现重建人像浮雕高度场，并将重建后人像浮雕高度场人脸部分替换为形状优化后3D人脸，得到3D人像模型；

步骤S400根据人像浮雕的轮廓法向估算一个膨胀法向层，包括如下步骤：

设定人像浮雕的轮廓法向为法向N_i，N_i＝[n_x,n_y.n_z]，将上述法向N_i修正为N'_i＝[n'_x,n”_y.n'_z]，法向N'_i与z向量z＝[0,0,1]垂直；

以法向N'_i为已知条件，通过如下公式计算对应于人像浮雕对应的膨胀层3D人像法向，公式为：

L·n′＝0

其中，L为人像浮雕的拉普拉斯算子，n'为待求解的膨胀层3D人像法向的法向分量n′_x和n′_y；

通过归一化计算膨胀层3D人像法向的法向分量n′_z；

步骤S400中通过优化确保叠加边界处的法向连续性，包括如下步骤：

以叠加形状优化后3D人脸的法向之前以及之后的膨胀法向层法向差值为约束条件，计算如下公式：

L·Δn＝0

其中，L为人像浮雕的拉普拉斯算子，Δn表示叠加边界处的顶点法向差值；

叠加形状优化后3D人脸的法向之前，膨胀法向层的法向为法向n，将Δn添加至法向n以更新法向，得到3D人像整体法向图。

2.根据权利要求1所述的一种由人像浮雕重建3D人像模型的方法，其特征在于步骤S100中，在给定观察方向上对3D人脸模板和人像浮雕进行人像特征点匹配以及人脸轮廓匹配，包括如下步骤：

S110、分别在3D人脸模板和人像浮雕上标定若干个一一对应的人脸特征点，根据上述一一对应的人脸特征点的坐标差计算人脸位姿，根据人脸位姿对3D人脸模板进行坐标变换，得到匹配后3D人脸；

S120、对于上述匹配后3D人脸，以其人脸特征点的目标坐标和原始坐标的坐标差为约束，将所述匹配后3D人脸的特征点与人像浮雕的特征点对齐，得到变形后3D人脸；

S130、根据法线方向检测所述变形后3D人脸的人脸轮廓线，从人脸轮廓线上标定轮廓线段，并从标定轮廓线段上选取一定数量的标定顶点作为约束，将所述变形后3D人脸的人脸轮廓线与人像浮雕的人脸轮廓线对齐，得到初始3D人脸；

人脸位姿包括缩放参数、旋转参数以及平移量参数。