人物造型模型表演動(dòng)畫技術(shù)制作方法

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1、.人物造型模型與表演動(dòng)畫技術(shù)的制作方法　　人物動(dòng)畫最顯著的應(yīng)用是影視制作。在《終結(jié)者Ⅱ》、《玩具總動(dòng)員》、《真實(shí)的謊言》、《奪面雙雄》等電影的制作中都無不體現(xiàn)了人物造型模型和動(dòng)畫技術(shù)的魅力。?????動(dòng)畫師總在不斷尋求更具發(fā)展?jié)摿Φ膭?dòng)畫系統(tǒng)，希望利用最新的學(xué)術(shù)研究成果來修改和擴(kuò)展當(dāng)前的動(dòng)畫制作系統(tǒng)。人物造型模型就是使用圖形建模工具，建立或者直接從真實(shí)環(huán)境中獲取人物的三維模型。?????由于人臉形狀的復(fù)雜性和多樣性，通過手工方法建立模型需要具備相應(yīng)的生理學(xué)和圖形學(xué)知識(shí)，并且需要較多的時(shí)間和精力，所以，目前的發(fā)展趨勢(shì)是使用專用的設(shè)備或通過計(jì)算

2、機(jī)視覺的方法自動(dòng)獲得人物的三維模型以及表面的顏色信息。...　　人物動(dòng)畫一直是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中的一個(gè)難題，涉及人臉面部多個(gè)器官的協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)，而且由于人臉肌肉結(jié)構(gòu)復(fù)雜，導(dǎo)致表情非常豐富。在現(xiàn)有的技術(shù)水平下，惟有表演驅(qū)動(dòng)的人臉動(dòng)畫技術(shù)能實(shí)現(xiàn)真實(shí)感三維人臉動(dòng)畫合成的目的。　　人臉形狀獲取　　為了獲得面部幾何形態(tài)，通常有兩種主要的輸入途徑：三維輸入和二維輸入。最近也有人提出從人類學(xué)的定義構(gòu)造一個(gè)具備人臉各種特征的通用模型，并施加一定的約束，產(chǎn)生滿足要求的特定人臉模型。　　1.三維輸入　　幾何建模器(geometric...modelers)是最傳統(tǒng)的

3、面部造型工具。通過標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)可以進(jìn)行人臉面部大多數(shù)器官的幾何建模，并且可以設(shè)計(jì)任意的面部模型。但由于面部結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，該設(shè)計(jì)過程需要較多的時(shí)間和設(shè)計(jì)技巧?！　∈褂萌S掃描儀(3Dscanner)和編碼光距離傳感器(codedlightrangesensor)是獲得人臉幾何形狀最直接的方法，這兩種方法都是依據(jù)三角測(cè)量學(xué)原理。CT(計(jì)算機(jī)x射線斷層掃描)和MRI(核磁共振成像術(shù))通常用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，這些方法不僅能夠獲取人臉的表面信息，而且還可以得到諸如骨骼和肌肉的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。這些附加結(jié)構(gòu)對(duì)于更加精細(xì)的人臉建模和動(dòng)畫以及在手術(shù)模擬等醫(yī)學(xué)應(yīng)

4、用中非常有用?！　?.二維輸入　　基于立體圖像的照相測(cè)量術(shù)可以獲得面部形狀。先從不同的視點(diǎn)獲取物體的兩幅圖像，運(yùn)用圖像處理技術(shù)得到兩幅圖像中的匹配點(diǎn)，通過三角幾何學(xué)測(cè)量這些點(diǎn)的三維坐標(biāo)。由于自動(dòng)搜尋匹配點(diǎn)是一個(gè)難題，所以有時(shí)需要在臉部描繪網(wǎng)格。如果向面部投射一個(gè)規(guī)則的結(jié)構(gòu)光(如線陣或方形網(wǎng)格)，那么就可以直接從一幅二維圖像中得到面部的三維形狀。...　　3.人體測(cè)量學(xué)　　基于人類學(xué)知識(shí)而不用圖像可以輔助構(gòu)造不同的人臉模型。這種方法分兩步構(gòu)造一張新的人臉：第一步，依據(jù)人體測(cè)量學(xué)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)產(chǎn)生對(duì)人臉形狀的一組幾何約束尺度集;第二步，用一個(gè)約束優(yōu)

5、化技術(shù)構(gòu)造滿足幾何約束的曲面。盡管該方法能快速創(chuàng)建出令人稱道的人臉幾何的變化，但不能在顏色、皺紋、表情和頭發(fā)方面得到真實(shí)的再現(xiàn)。　　模型重構(gòu)和特定人臉適配...　　利用距離掃描儀、數(shù)字化探針或立體視差能測(cè)量得到人臉模型采樣點(diǎn)的三維坐標(biāo)，但獲得的幾何模型因?yàn)闆]有人臉結(jié)構(gòu)信息，通常不適于臉部動(dòng)畫。而且從各種途徑獲得的三維數(shù)據(jù)通常是龐大的散亂點(diǎn)集合，所以，為了能夠用于動(dòng)畫制作，往往需要對(duì)其進(jìn)行幾何構(gòu)形，將得到的數(shù)據(jù)精簡到最少，這樣才有利于生成有效的動(dòng)畫。　　人臉面部特征通常以相同的次序排列，人臉形態(tài)變化了，但基本結(jié)構(gòu)不會(huì)變化。因此，自然的想法是

6、建立人臉的一般網(wǎng)格模型，在這個(gè)模型中帶有必需的結(jié)構(gòu)和動(dòng)畫信息。然后將該模型適配到特定人臉的幾何網(wǎng)格，創(chuàng)建出個(gè)性化的動(dòng)畫模型。當(dāng)一般模型網(wǎng)格比采樣數(shù)據(jù)網(wǎng)格的多邊形少時(shí)，處理過程也包括了對(duì)采樣數(shù)據(jù)的簡化。　　1.插值方法　　假設(shè)大多數(shù)人臉的形狀都可以由一個(gè)拓?fù)湓妥兓脕?，那么，通過調(diào)整一個(gè)一般模型的構(gòu)造參數(shù)可以建立不同的面部模型。但是，這種參數(shù)模型僅僅局限于那些構(gòu)造參數(shù)已知的情況，并且對(duì)特定人臉參數(shù)的調(diào)整非常困難。在離散數(shù)據(jù)的多變量插值問題方面，徑向基函數(shù)(radialbasisfunction，RBF)插值方法是一個(gè)行之有效的工具，所以也

7、適用于類似人臉這樣高維曲面的近似或平滑插值?，F(xiàn)有的許多方法使用了基于RBF的插值技術(shù)，將一般人臉網(wǎng)格變化到特定人臉的形狀。這種方法的優(yōu)點(diǎn)在于：(1)通過插值可以得到丟失的數(shù)據(jù)點(diǎn)，所以源網(wǎng)格和目標(biāo)網(wǎng)格不需要相同數(shù)目的結(jié)點(diǎn);(2)如果選擇了合適的匹配點(diǎn)，數(shù)學(xué)上可以保證能夠?qū)⒃淳W(wǎng)格變形到目標(biāo)網(wǎng)格。...　　2.計(jì)算機(jī)視覺方法　　根據(jù)計(jì)算機(jī)視覺原理，通過分析目標(biāo)物體兩幅圖像或多幅圖像序列，恢復(fù)其三維形狀，這就是所謂的從運(yùn)動(dòng)恢復(fù)形狀(shapefrommotion)或從運(yùn)動(dòng)恢復(fù)結(jié)構(gòu)(structurefrommotion)技術(shù)。在這方面值得一提的是

8、Pighin等人提出的高度真實(shí)感人臉建模技術(shù)。首先，在多幅圖像中手工定義一些相互對(duì)應(yīng)的特征點(diǎn)，并使用計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)恢復(fù)攝像機(jī)參數(shù)(位置、方向、焦距等)和特征點(diǎn)的坐標(biāo);然后，由這些特征點(diǎn)的坐標(biāo)值