一種三維卡通人臉紋理生成方法及設(shè)備技術(shù)

本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)提供一種三維卡通人臉紋理生成方法及設(shè)備，所述方法包括：獲得三維卡通人臉模型的標(biāo)準(zhǔn)紋理貼圖模板，定義該標(biāo)準(zhǔn)紋理貼圖模板內(nèi)的紋理Mask區(qū)域；基于紋理Mask區(qū)域的三角網(wǎng)格拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對(duì)二維人臉圖片內(nèi)的特征點(diǎn)進(jìn)行三角剖分，得到與所述紋理Mask區(qū)域內(nèi)的三角網(wǎng)格相對(duì)應(yīng)的部分二維人臉圖片內(nèi)的三角網(wǎng)格。所述方法還包括將所述部分二維人臉圖片進(jìn)行變形，并且將變形后的部分二維人臉圖片疊加到所述標(biāo)準(zhǔn)紋理貼圖模板。本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)僅利用單張正面人臉照片就能生成整體效果較好的三維卡通人臉紋理貼圖，并且可以在一定程度上增強(qiáng)三維卡通人臉模型與照片的相似度。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種三維卡通人臉紋理生成方法及設(shè)備
本專(zhuān)利技術(shù)涉及計(jì)算機(jī)圖形學(xué)
，特別地，涉及一種三維卡通人臉紋理生成方法及設(shè)備。
技術(shù)介紹
紋理貼圖(Texture Mapping),或稱(chēng)紋理映射,是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)和計(jì)算可視化領(lǐng)域中的一項(xiàng)重要技術(shù)。目前，紋理貼圖廣泛應(yīng)用于工業(yè)產(chǎn)品的形態(tài)設(shè)計(jì)、3D模擬、3D游戲、虛擬現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景等的開(kāi)發(fā)中。紋理貼圖技術(shù)是將(通常是位圖形式的)圖像映射、疊加到計(jì)算機(jī)三維物體上的一種技術(shù)。通過(guò)紋理貼圖，可以構(gòu)造形態(tài)各異的物體表面的紋理特征、模仿各種材質(zhì)，并且實(shí)現(xiàn)景物和環(huán)境的完全仿真。由于紋理貼圖可以在不改變?nèi)S模型的幾何信息的情況下達(dá)到真實(shí)感的視覺(jué)效果，并且不需要太多的計(jì)算開(kāi)銷(xiāo)就能夠?qū)崿F(xiàn)，因此它是用于表現(xiàn)真實(shí)感三維物體的一種常用技術(shù)手段。三維卡通人臉是指對(duì)真實(shí)人臉進(jìn)行夸張變形而得到的一種藝術(shù)形式。對(duì)于計(jì)算機(jī)三維卡通人臉模型而言，要展示其較好的卡通視覺(jué)效果，需要在以下兩個(gè)方面具有較好的表現(xiàn)力:其一是人臉模型的三維網(wǎng)格拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，三維卡通人臉正是通過(guò)夸張變形的三維網(wǎng)格拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)來(lái)表現(xiàn)其藝術(shù)加工效果的；其二是紋理貼圖，通過(guò)紋理貼圖可以增添與真實(shí)人臉更多的相似性。其中，人臉網(wǎng)格拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)只能表現(xiàn)人臉的幾何形狀特征，而人臉表面的顏色特征，比如膚色、黑痣等，則需要通過(guò)紋理來(lái)表現(xiàn)，所以紋理在三維卡通人臉建模中起著非常重要的作用。最終的三維卡通人臉模型與原始照片相似與否，極大程度地取決于該三維模型的紋理，因此，為三維卡通人臉模型生成合適的紋理極為重要。由于紋理獲取的途徑不同，目前的紋理生成方法可分為以下幾類(lèi):1)多張照片圖像拼接。例如，可使用一張正面的照片和一張側(cè)面的照片來(lái)拼接組成一張紋理，也可以用多張不同角度的照片拼接組成紋理，這類(lèi)方法要求做到不同照片上同一特征點(diǎn)的標(biāo)定要準(zhǔn)確。多張照片拼接生成的紋理在正面通常都會(huì)有很好的效果，但其缺點(diǎn)是不同照片上的相同特征點(diǎn)難以準(zhǔn)確對(duì)應(yīng)，在偏離正面角度較大的情況下效果不是很理想，而且需要事先準(zhǔn)備多張不同角度的照片。2)視頻圖像拼接。可以通過(guò)跟蹤視頻中人臉的特征位置和姿態(tài)來(lái)獲取不同角度的人臉紋理，然后把各種角度的紋理融合起來(lái)合成一張完整的紋理。該方法適用于在只有視頻的條件下生成紋理，其產(chǎn)生的效果與多張照片圖像拼接類(lèi)似。3)單張照片合成。可通過(guò)將正面照片垂直映射到相應(yīng)的三維人臉模型上得到紋理圖，并且對(duì)遮擋的紋理部分進(jìn)行插值計(jì)算。該紋理貼圖的正面效果較好，但是側(cè)面紋理存在著一定的誤差。總的來(lái)說(shuō)，與使用多張不同角度的照片相比，僅使用單張照片生成三維人臉紋理節(jié)省了成本，并且在一定程度上提高了紋理生成的效率。然而，使用單張照片的問(wèn)題在于，由于側(cè)面信息的缺失，導(dǎo)致側(cè)面部分紋理生成的效果不夠好，從而影響整體效果。而且現(xiàn)有的方法生成的紋理多針對(duì)真實(shí)感的三維人臉模型，對(duì)于三維卡通人臉模型來(lái)說(shuō)，如何使用單張照片來(lái)生成卡通紋理并使添加了該紋理的三維卡通人臉具有較好的整體效果是極具挑戰(zhàn)性的問(wèn)題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
為解決上述問(wèn)題，根據(jù)本專(zhuān)利技術(shù)的一個(gè)實(shí)施例，提供了一種三維卡通人臉紋理生成方法，包括:步驟1)、獲得三維卡通人臉的標(biāo)準(zhǔn)紋理貼圖模板中紋理Mask區(qū)域的三角網(wǎng)格拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；步驟2)、基于所述紋理Mask區(qū)域內(nèi)的三角網(wǎng)格，得到與其相對(duì)應(yīng)的部分二維人臉圖片內(nèi)的二角網(wǎng)格；步驟3)、將所述部分二維人臉圖片進(jìn)行變形，使其內(nèi)的三角網(wǎng)格與所述紋理Mask區(qū)域內(nèi)的三角網(wǎng)格一致；以及步驟4)、將變形后的部分二維人臉圖片疊加到所述標(biāo)準(zhǔn)紋理貼圖模板。在一個(gè)實(shí)施例中，所述方法還包括:步驟5)、對(duì)疊加后的標(biāo)準(zhǔn)紋理貼圖模板進(jìn)行平滑處理。在進(jìn)一步的實(shí)施例中，步驟5)包括:對(duì)疊加后的標(biāo)準(zhǔn)紋理貼圖模板做邊緣檢測(cè)，在邊緣處保留其梯度信息；在所述梯度信息的指導(dǎo)下使用泊松圖像編輯對(duì)所述疊加后的標(biāo)準(zhǔn)紋理貼圖模板進(jìn)行處理；以及得到目標(biāo)紋理貼圖。在一個(gè)實(shí)施例中，步驟2 )包括:基于所述紋理Mask區(qū)域的三角網(wǎng)格拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對(duì)二維人臉圖片內(nèi)的特征點(diǎn)進(jìn)行三角剖分，得到與所述紋理Mask區(qū)域內(nèi)的三角網(wǎng)格相對(duì)應(yīng)的部分二維人臉圖片內(nèi)的三角網(wǎng)格。在一個(gè)實(shí)施例中，步驟2 )還包括:在得到所述部分二維人臉圖片內(nèi)的三角網(wǎng)格之后，調(diào)整所述標(biāo)準(zhǔn)紋理貼圖模板的顏色，使其與所述部分二維人臉圖片的顏色接近。在一個(gè)實(shí)施例中，步驟3 )包括:將所述部分二維人臉圖片內(nèi)的三角網(wǎng)格中的三角形進(jìn)行變形，使得該三角形與其在所述紋理Mask區(qū)域內(nèi)的對(duì)應(yīng)三角形一致。在進(jìn)一步的實(shí)施例中，通過(guò)仿射變換將所述部分二維人臉圖片內(nèi)的三角網(wǎng)格中的三角形進(jìn)行變形。在一個(gè)實(shí)施例中，步驟1)之前還包括:獲得三維卡通人臉模型的標(biāo)準(zhǔn)紋理貼圖模板；以及定義該標(biāo)準(zhǔn)紋理貼圖模板內(nèi)的紋理Mask區(qū)域。根據(jù)本專(zhuān)利技術(shù)的一個(gè)實(shí)施例，還提供一種三維卡通人臉紋理生成設(shè)備，包括:拓?fù)浍@取裝置，用于獲得三維卡通人臉的標(biāo)準(zhǔn)紋理貼圖模板中紋理Mask區(qū)域的三角網(wǎng)格拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；摳圖裝置，用于基于所述紋理Mask區(qū)域內(nèi)的三角網(wǎng)格，得到與其相對(duì)應(yīng)的部分二維人臉圖片內(nèi)的三角網(wǎng)格；變形裝置，用于將所述部分二維人臉圖片進(jìn)行變形，使其內(nèi)的三角網(wǎng)格與所述紋理Mask區(qū)域內(nèi)的三角網(wǎng)格一致；以及疊加裝置，用于將變形后的部分二維人臉圖片疊加到所述標(biāo)準(zhǔn)紋理貼圖模板。在一個(gè)實(shí)施例中，所述設(shè)備還包括:平滑裝置，用于對(duì)疊加后的標(biāo)準(zhǔn)紋理貼圖模板進(jìn)行平滑處理。采用本專(zhuān)利技術(shù)提供的三維卡通人臉紋理生成方法及設(shè)備，僅利用單張正面人臉照片就能生成整體效果較好的三維卡通人臉紋理貼圖，與現(xiàn)有的采用多張不同角度照片生成紋理貼圖的方法相比，具有操作簡(jiǎn)單、高效等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，所生成的紋理貼圖的側(cè)面效果也要好于現(xiàn)有的基于單張照片生成紋理貼圖的方法。此外，將使用本專(zhuān)利技術(shù)生成的紋理貼圖添加到三維卡通人臉模型后，可以在一定程度上增強(qiáng)模型與照片的相似度，使得所生成的三維卡通人臉模型更加生動(dòng)形象。【附圖說(shuō)明】圖1是根據(jù)本專(zhuān)利技術(shù)一個(gè)實(shí)施例的三維卡通人臉紋理生成方法的流程圖；圖2A-2C是根據(jù)本專(zhuān)利技術(shù)一個(gè)實(shí)施例分別描述三維卡通人臉模型對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)紋理貼圖模板、該標(biāo)準(zhǔn)紋理貼圖模板中的紋理Mask區(qū)域，和該紋理Mask區(qū)域的網(wǎng)格拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的示意圖；圖3是圖2A所示的標(biāo)準(zhǔn)紋理貼圖模板UV坐標(biāo)的截圖；圖4A-4C是根據(jù)本專(zhuān)利技術(shù)一個(gè)實(shí)施例分別描述輸入人臉圖片的網(wǎng)格拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、摳出的部分圖片，和將摳出的部分圖片經(jīng)過(guò)變形疊加到標(biāo)準(zhǔn)紋理貼圖模板的示意圖；圖5是泊松圖像編輯的示意圖；圖6是根據(jù)本專(zhuān)利技術(shù)一個(gè)實(shí)施例對(duì)人臉圖片進(jìn)行泊松圖像編輯的結(jié)果圖；以及圖7是使用本專(zhuān)利技術(shù)提供的三維卡通人臉紋理生成方法對(duì)三維卡通人臉模型添加紋理后的結(jié)果圖。【具體實(shí)施方式】下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本專(zhuān)利技術(shù)加以說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本專(zhuān)利技術(shù)，并不用于限定本專(zhuān)利技術(shù)。根據(jù)本專(zhuān)利技術(shù)的一個(gè)實(shí)施例，提供一種三維卡通人臉紋理生成方法，圖1示出了該方法的各個(gè)步驟。概括來(lái)說(shuō)，該方法首先根據(jù)三維卡通人臉模型得到相對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)紋理貼圖模板，并且定義該模板中將用于執(zhí)行疊加操作的紋理Mask區(qū)域；接著，將輸入的單張人臉照片(或稱(chēng)人臉圖片或人臉圖像)中的一部分人臉圖片進(jìn)行變形后疊加到標(biāo)準(zhǔn)紋理貼圖模板；最后，使用圖像的無(wú)縫拼接技術(shù)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)紋理貼圖模板進(jìn)行平滑處理，得到一幅適用于上述三維卡通人臉模型的紋理貼圖。繼續(xù)參考圖1，對(duì)三維卡通人臉紋理生成方法展開(kāi)詳細(xì)描述。本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種三維卡通人臉紋理生成方法，包括：步驟1）、獲得三維卡通人臉的標(biāo)準(zhǔn)紋理貼圖模板中紋理Mask區(qū)域的三角網(wǎng)格拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；步驟2）、基于所述紋理Mask區(qū)域內(nèi)的三角網(wǎng)格，得到與其相對(duì)應(yīng)的部分二維人臉圖片內(nèi)的三角網(wǎng)格；步驟3）、將所述部分二維人臉圖片進(jìn)行變形，使其內(nèi)的三角網(wǎng)格與所述紋理Mask區(qū)域內(nèi)的三角網(wǎng)格一致；以及步驟4）、將變形后的部分二維人臉圖片疊加到所述標(biāo)準(zhǔn)紋理貼圖模板。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種三維卡通人臉紋理生成方法，包括:步驟1)、獲得三維卡通人臉的標(biāo)準(zhǔn)紋理貼圖模板中紋理Mask區(qū)域的三角網(wǎng)格拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；步驟2)、基于所述紋理Mask區(qū)域內(nèi)的三角網(wǎng)格，得到與其相對(duì)應(yīng)的部分二維人臉圖片內(nèi)的三角網(wǎng)格；步驟3)、將所述部分二維人臉圖片進(jìn)行變形，使其內(nèi)的三角網(wǎng)格與所述紋理Mask區(qū)域內(nèi)的三角網(wǎng)格一致；以及步驟4)、將變形后的部分二維人臉圖片疊加到所述標(biāo)準(zhǔn)紋理貼圖模板。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括:步驟5 )、對(duì)疊加后的標(biāo)準(zhǔn)紋理貼圖模板進(jìn)行平滑處理。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，步驟5)包括:對(duì)疊加后的標(biāo)準(zhǔn)紋理貼圖模板做邊緣檢測(cè)，在邊緣處保留其梯度信息；在所述梯度信息的指導(dǎo)下使用泊松圖像編輯對(duì)所述疊加后的標(biāo)準(zhǔn)紋理貼圖模板進(jìn)行處理；以及得到目標(biāo)紋理貼圖。4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任何一個(gè)所述的方法，其中，步驟2)包括:基于所述紋理Mask區(qū)域的三角網(wǎng)格拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對(duì)二維人臉圖片內(nèi)的特征點(diǎn)進(jìn)行三角剖分，得到與所述紋理Mask區(qū)域內(nèi)的三角網(wǎng)格相對(duì)應(yīng)的部分二維人臉圖片內(nèi)的三角網(wǎng)格。5.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任何一個(gè)所述的方法，其中，步驟2)還包括:在得到所述部分二維人臉圖片內(nèi)的三角網(wǎng)格之后，調(diào)整...

【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：劉軍發(fā)，陳益強(qiáng)，何文靜，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：中國(guó)科學(xué)院計(jì)算技術(shù)研究所，
類(lèi)型：發(fā)明
國(guó)別省市：