特定三维人脸建模方法综述

介绍人脸建模的研究背景、研究内容以及研究热点,总结近期三维人脸建模的常用方法及优缺点,展望今后人脸建模的研究方向。三维建模是计算机视觉和计算机图形学领域中一个基本的问题,人脸因其普遍性和特殊性,成为众多研究人员的研究目标。     

真实感人脸模型的细分曲面重建

提出一种利用2张正交照片和细分曲面进行真实感三维人脸建模的方法,并实现了不同模型间的三维变形.为了构造个性化的人脸几何模型,将网格简化、自由曲面变形和细分结合起来,得到多个层次细节下的人脸模型;再经过纹理融合和映射,完成个性化的真实感三维人脸建模;同时利用线性插值实现了同拓扑真实感模型间的光滑变形.实验结果表明：该方法不仅可以进行有效的真实感三维人脸建模,而且变形简单流畅,具有广阔的应用前景.     

三维人脸建模与应用

三维建模是计算机视觉和计算机图形学领域中一个基本的问题，人脸借助其特有的普遍性和易用性成为众多先进三维建模算法的实验平台。但是由于人脸的复杂性、易变性，建立逼真的三维人脸模型成为众多研究者挑战的课题。本文分析了三维人脸建模的研究内容和研究难点，总结了1990年以来出现的最新方法和进展，从三维数据的获取、标准三维人脸建模、特定三维人脸建模及应用等三维建模的几个主要环节进行了分类综述，重点介绍了一些主要算法的基本思路和最新进展，并对该领域的研究热点和方向作了较为详细的分析。     

基于支持向量回归机的三维人脸建模方法研究

提出一种新的三维人脸建模方法,该方法首先运用双目立体视觉原理从不同角度获得人脸的两张照片,在一张照片上选定特征点,通过匹配在另一张照片上得到对应的特征点,然后从空间立体几何知识出发,根据两张照片上特征点的坐标以及拍摄时的参数,计算其三维坐标,利用支持向量回归机(SVR)对其进行回归预测建模,最后经纹理贴图,得到具有纹理特征的特定三维人脸模型。仿真实验结果表明,该方法获得的三维人脸模型较为逼真。     

基于曲面形变的三维人脸样本配准

三维人脸样本是人脸识别、人脸动画等领域进行模型训练、算法设计及性能比较的重要数据平台。为了提高三维人脸样本的配准效果和配准速度,提出一种基于曲面变形的三维人脸样本配准方法。该方法通过对标准化样本实施一系列的变形操作来建立原始样本与标准样本之间的对应关系。然后基于该对应关系对原始样本进行配准处理,在处理过程中使用统计方法对样本上的毛刺点和空洞进行修补。实验结果表明,使用该方法可以快速、有效地对不同格式的原始样本进行配准。     

基于多摄像机的人脸三维建模

为了提高三维人脸建模的精确度,在双目立体视觉理论的基础上,提出了一种基于多台摄像机拍摄的人脸三维建模方法。该方法利用两组摄像机分别在不同的角度拍摄人脸,并采用双目立体视觉理论计算三维人脸信息,最后结合两组摄像机分别得到的三维人脸信息,进行坐标变换并重构三维人脸。该方法有效弥补了原来由两台摄像机拍摄人脸所得的三维信息的精确度较差的缺点,并具有一定的实用性。     

基于人脸部件掩膜的自监督三维人脸重建

三维人脸重建旨在从二维人脸图片中恢复出三维人脸模型。自监督三维人脸重建能够缓解三维人脸数据缺乏的问题,因此成为了近年来的研究热点。现有的自监督方法通常聚焦于使用全局监督信号,对人脸的局部细节关注不足。为了更好地恢复出细节生动的精细化三维人脸,提出了一种基于人脸部件掩膜的精细化三维人脸重建方法,该方法在不需要任何三维人脸标注的情况下,可以重建出精细化三维人脸。其主要思想是在二维图片一致性损失、图片深层感知损失等基本损失函数上,通过人脸部件掩膜,给予人脸区域精细化约束,并对人脸部件掩膜进行自监督约束,从而提高重建的三维人脸局部的准确性。在AFLW2000-3D和MICC Florence数据集上进行了定性以及定量实验,验证了所提方法的有效性和优越性。     

基于三周期极小曲面的三维打印全接触鞋垫建模方法

全接触鞋垫可以降低足底峰值压力来改善和预防糖尿病足群体的神经性溃疡症状,传统全接触鞋垫设计方法操作复杂,本文提出一种新颖的基于三周期极小曲面(TPMS)的三维打印全接触鞋垫建模方法.通过数据采集、全接触模型构建、模型多孔化3个步骤构建基于TPMS结构的全接触鞋垫,使用三维打印技术生产.首先采集用户脚部模型和目标鞋垫模型...     

论三维人脸建模技术的应用

建立三维人脸模型和表情动画是计算机图形学领域的一个研究热点,本文分析了三维人脸建模技术研究的现状,论证了三维人脸建模技术在虚拟现实、影视制作、计算机辅助教学、可视电话、视频会议、医学研究、游戏娱乐等诸多方面,都具有很强的应用价值。提出了三维人脸建模技术研究方法。     

基于单幅正面照片的三维人脸重建方法

三维人脸重建算法需要多张照片实现重建且重建效率低下。针对上述问题,提出一种利用单幅正面照片重建三维人脸的方法。采用薄板样条函数对数据库中的三维人脸确立点对点的对应关系,建立平均三维人脸模型,利用LMA算法优化形状系数以恢复其三维形状,人脸颜色纹理信息可通过垂直投影得到。实验结果表明,利用该方法重建得到的三维人脸逼真且时间效率高。     

情感表现下的三维人脸颜色建模技术 *

为了提高三维人脸面部表情的真实感 ,研究并提出了一种基于 GPU的人脸颜色参数模型。该模型使用了 MPEG-4中定义的人脸特征点 ,划分了每个特征点的作用范围 ,通过改变特征点的颜色值带动该点周边影响范围内点的颜色改变 ,并采用帧间插值算法实现了颜色的平滑过渡。仿真实验表明 ,该模型达到了较为逼真的人脸表情动画效果。     

3D reconstruction of human face based on an improved seeds-growing algorithm

An algorithm based on binocular stereo vision is proposed to generate 3D (three-dimensional) dense points cloud model of the human face. A two-step matching strategy from sparse to dense is developed. Firstly, an improved seeds-growing algorithm is utilized to acquire sparse matching of high confidence. Secondly, based on the control points method and piecewise dynamic programming, the dense matching is completed. Experimental results show that the proposed algorithm can produce smooth and dense 3D points cloud model of the human face.     

基于压缩感知理论的3维人脸快速重建

形变模型是当前人脸重建研究中的一种主要方法。针对形变模型方法中模型构建的缺陷,提出一种基于压缩感知理论的快速三维人脸重建方法。首先,利用压缩感知理论估计三维原型人脸与目标人脸的形状相似性,根据相似性对原型样本进行筛选并构建相应的形变模型,提高建模精度和效率;然后,利用特征点信息进行稀疏模型匹配,并结合径向基函数插值重建生成特定的三维人脸,提高重建表面的平滑性。在BJUT三维数据库和CAS_PEAL二维数据库上的实验结果表明,与经典方法相比,本文方法能够有效地提高重建精度和速度,重建人脸具有较强真实感。     

基于形变模型的真实感三维人脸动画研究

论文提出了一种新的基于三维人脸形变模型,并兼容于MPEG-4的三维人脸动画模型。采用基于均匀网格重采样的方法建立原型三维人脸之间的对齐,应用MPEG-4中定义的三维人脸动画规则,驱动三维模型自动生成真实感人脸动画。给定一幅人脸图像,三维人脸动画模型可自动重建其真实感的三维人脸,并根据FAP参数驱动模型自动生成人脸动画。     

基于改进三维形变模型的三维人脸重建和密集人脸对齐方法

针对现在广泛使用的三维形变模型表达能力不够,导致重建出的三维人脸模型泛化性能不佳的问题,提出了一种在姿态、表情和光照未知的条件下的基于单张人脸图片的三维人脸重建和密集人脸对齐的新方法。首先,通过卷积神经网络对现有的三维形变模型进行改进,以提高三维人脸模型的表达能力;然后,基于人脸光滑性和图像相似性,在特征点和像素层面提出新的损失函数,并使用弱监督学习训练卷积神经网络模型;最后,通过训练出的网络模型进行三维人脸重建和密集人脸对齐。实验结果表明,对于三维人脸重建任务,所提模型在AFLW2000-3D上实现了2.25的归一化平均误差;对于密集人脸对齐任务,所提模型在AFLW2000-3D和AFLW-LFPA上分别实现了3.80和3.34的归一化平均误差。与原始使用三维形变模型的方法相比,所提模型在三维人脸重建和密集人脸对齐上的归一化平均误差分别降低了7.4%和7.8%。针对不同光照环境以及角度的人脸图片,该网络模型的重建准确,鲁棒性好,且具有较高的三维人脸重建和密集人脸对齐质量。     

基于改进三维形变模型的三维人脸重建和密集人脸对齐方法

针对现在广泛使用的三维形变模型表达能力不够，导致重建出的三维人脸模型泛化性能不佳的问题，提出了一种在姿态、表情和光照未知的条件下的基于单张人脸图片的三维人脸重建和密集人脸对齐的新方法。首先，通过卷积神经网络对现有的三维形变模型进行改进，以提高三维人脸模型的表达能力；然后，基于人脸光滑性和图像相似性，在特征点和像素层面提出新的损失函数，并使用弱监督学习训练卷积神经网络模型；最后，通过训练出的网络模型进行三维人脸重建和密集人脸对齐。实验结果表明，对于三维人脸重建任务，所提模型在AFLW2000-3D上实现了2.25的归一化平均误差；对于密集人脸对齐任务，所提模型在AFLW2000-3D和AFLW-LFPA上分别实现了3.80和3.34的归一化平均误差。与原始使用三维形变模型的方法相比，所提模型在三维人脸重建和密集人脸对齐上的归一化平均误差分别降低了7.4%和7.8%。针对不同光照环境以及角度的人脸图片，该网络模型的重建准确，鲁棒性好，且具有较高的三维人脸重建和密集人脸对齐质量。     

3D reconstruction based on hard tissue microtome cross-section pictures in dentistry

The aim of this study was to examine the accuracy of the computerized 3D surface analyzing and volume measuring method in dentistry. Two different types of test objects were used in the first part of the measurements. Each sample of the two groups was cross-sectioned using a hard tissue microtome. The sections were photographed on both sides and were projected on a graphical tablet and analyzed using a computer program. The measured and calculated parameters were compared. In the second part, 200 microm thick horizontal sections were prepared from 11 human incisor roots using the hard tissue microtome. This way, five sections were prepared from the apical 2 mm of each root. The effects of section thickness and number were modeled by decreasing the inclusion rate of the obtained number of sections from 10 to 2 and its influence on the calculated results was determined. This method was suitable for the approximation and analysis of 3D parameters. The results indicated that using 200-300 microm section thickness, the measured values were approximately 8-21% lower than the real parameters.     

基于特征分块的三维人脸重建和识别

针对传统三维人脸重建算法效率低且难以满足实际应用的缺陷,提出一种基于特征分块的三维人脸重建算法,并将此算法应用到三维人脸识别中,实现了基于特征分块的加权三维人脸识别。首先,利用基于平面模板的非均匀重采样法对原始数据进行归一化;其次,采用主动形状模型(ASM)算法对三维人脸和二维人脸图像进行特征定位和特征分块;然后,利用基于分块主元分析(PCA)的稀疏形变模型算法实现每个人脸分块的三维重建;最后,实现了此算法在三维人脸识别中的应用。实验表明,此重建算法具有较高的精度和重建效率,还可以达到全局最优,并且可以提高三维人脸的识别率。