基于自由形状变形的三维人脸表情控制

ＣＮ４３—１２５８／ＴＰＩＳＳＮ１００７—１３０Ｘ

计算机工程与科学

ＣＯＭＰＵＴＥＲＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ＆ＳＣＩＥＮＣＥ

２０１０年第３２卷第３期

Ｖ０１．３２。Ｎｏ．３。２０１０

—一ｉＩＩ●ＩｉＩｌｌ＿——●———●——■●———●———一文章编号：１００７—１３０Ｘ（２０１０）０３－００５９－０３

基于自由形状变形的三维人脸表情控制＋

Ｓｕｒｆａｃｅ．．ＯｒｉｅｎｔｅｄＦｒｅｅ．，ＦｏｒｍＤｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ

Ｂａｓｅｄｏｎ３ＤＦａｃｉａｌＥｘｐｒｅｓｓｉｏｎＣｏｎｔｒｏｌ

李健。李鹏坤。师永刚

ＵＪｉＢ．ＵＰ蛐譬ｋ啦。Ｓ砸Ｙｏｕｇ－舯ｇ

（陕西科技大学电气与信息工程学院．陕西西安７１００２１）

（ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｌｅｃｔｒｋａｌａｎｄｌｎｆｏｎｎａｔｉｍＤ．ｇｉ耻盯ｉ鸣。Ｓｈａａｎ菌ＵｎｉｖｅｍｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｄｍｏｌｏｇｙ，Ｘｉ’ａｎ７１００２１．Ｃｈｉｎａ）

摘要：人脸表情控制是生物特征识剐研究的重要内容，本文提出了一种基于ＭＰＥＧ－４中ＦＡＰ，ＦＡＴ标准进行三维人脸表情合成的方法。首先对人脸进行关键点定叉和区域分割，然后使用面向表面的自由形状变形方法（Ｓ０轿Ｄ）生成人脸表情。在特定人脸表情生成过程中，使用了基表情的比例合成方法。实验表明，该方法可以有效地合成各种真实的人脸表情。

Ａｈ血’ｃｔ：３Ｄｆａｃｉａｌｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌｉｓｖｅｒｙｉｍｐｏｒｔａｎｔｉｎｂｉｏｍｅｔｒｉｃｓ．Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｇｉｖｅｓａｍｅｔｈｏｄｏｆ３ＤｆａｃｉａｌｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎｃｏｎｔｒｏｌｂａｓｅｄｏｎＦＡＰ＆ＦＡＴｆｒｏｍｔｈｅＭＰＥＧ－４ｓｔａｎｄａｒｄ．Ｆｉｒｓｔ．ｗｅｆｉｎｄｔｈｅｋｅｙｐｏｉｎｔｓａｎｄｄｉｖｉｄｅｔｈｅｆａｃｅｉｎｔｏｓｅｖｅｒａｌｓｅｇ－ｍｅｒｉｔｓ。ａｎｄｔｈｅｎｇｅｎｅｒａｔｅ３ＤｆａｃｉａｌｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎｓｂａｓｅｄｏｎＳｕｒｆａｃｅＯｒｉｅｎｔｅｄＦｒｅｅ－ＦｏｒｍＤｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ．Ａｎｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎｐｒｏｐｏｒ—ｔｉｏｎｓｙｎｔｈｅｔｉｃｍｅｔｈｏｄｉｓｕｓｅｄｆｏｒｇｅｎｅｒａｔｉｎｇｔｈｅｓｐｅｃｉｆｉｃｆａｃｅｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎｓ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅｅｘｐｅｆｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｍｅｔｈｏｄｐｒｅｓｅｎｔｅｄｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒＣａｎｓｙｎｔｈｅｓｉｚｅｆａｃｅｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎｓｅｆｆｉｃｉｅｎｔｌｙ．

关键词：三维人脸表情；ＭＰＥＣｒ４；区域分割；比例合成方法；自由形状变形（Ｓ（）Ｈｍ）

Ｋｅｙｗｏｌｄｓ：３Ｄｆａｃｉａｌｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎ；ＭＰＥＧ－４ｒｅｇｉｏｎａｌｓｅｇｍｅｎｔａｔｉｏｎ；ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎｓｙｎｔｈｅｔｉｃｍｅｔｈｏｄ；ｓｕｒｆａｃｅ－ｏｒｉｅｎｔｅｄｆｒｅｅ－ｆｏｒｍｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ（ＳＩ斑下Ｄ）

ｄ晡：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００７－１３０Ｘ．２０１０．０３．０１７

中圈分类号：ＴＰ３９１．４１文献标识码：Ａ

１引言

三维人脸表情控制与变形是计算机图形学和计算机视觉领域中非常热门的研究课题，目前生成具有真实感的三维人脸表情的方法已有很多，如关键帧插值法［１］、参数化技术［却、基于肌肉模型的三维人脸动画［３］、声音驱动的人脸动画技术［４］、基于ＭＰＥＧ－４的三维人脸动画［５’６］等。其中，基于ＭＰＥＧ－４的方法具有通用性强、数据量小、运算复杂度低等优点，特别适合用于通过网络播放的实时人脸动画。但是在表情控制时每个表情都要设计一个ＦＡＴ方法。每个ＦＡＴ方法对应一张ＦＡＰ表，相对计算量特别复杂。

本文在ＭＰＥｐ４的三维人脸动画原理的基础上使用一种新的基于ＭＰＥＧ－４标准的三维人脸表情的实现方法。使用了ＭＰＦｂ４标准中定义的关键点来建立和调节模型，并根据人脸特征对其进行了关键区域划分，在调节时使用

面向表面的自由形状变形ＳＯＦＩＤ（Ｓｕｒｆａｃｅ－ＯｒｉｅｎｔｅｄＦｒｅｅ－ＦｏｒｍＤｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ，简称ｓＣ｝ＨＤ）方法［７＇８］，通过控制基变

化来控制关联区域的变化，运用自由形状的调节方法，实现

模型的平滑变化和三维人脸表情的变化，并使用基表情比

例合成方法实现特定表情的合成。

２三维人脸表情控制

２．１人脸模型的建立与分割标准

２．１．１ＦＤＰ和ＦＡＴ

ＭＰＦ＿ｐ４Ｃ９３中定义了人脸定义参数ＦＤＰ（ＦａｃｉａｌＤｅｆｉｎｉ—

ｔｉｏｎＰａｒａｍｅｔｅｒ，简称ＦＤＰ）和人脸动画参数ｎ心（ＦａｃｉａｌＡｎｉｍａｔｉｏｎＰａｒａｍｅｔｅｒ，简称ＦＡＰ），其中ＦＤＰ定义了人脸的

?收穰日期：２００８－ｌｌ一０４ｌ修订日期：２００９－０３－１２

基金硬目：陕西省自然科学基金资助项目（２００７Ｆ２６）；陕西省教育厅科技专项基金资助项目（０５ＪＫｌ４５）

作者篱介：李健（１９７５一），男，陕西渭南人，博士．副教授，研究方向为图形图像处理和虚拟现实｝李鹏坤。硕士生，研究方向为虚拟现实ｌ师永刚，硕士生．研究方向为数字图形处理和三维人脸建摸。

叠讯地址：７１００２１陕西省西安市未央区陕西科技大学８４９信箱ｌＴｅｌ：１５９９１３４６６７７ＩＥ－ｍａｉｌ：ｄｏｉｎ９５５５２＠１２６．ｃｏｒｆｔ

／ｕｄ凼ｍ：ＭａｉｌＢｏｘ８４９，ＳｈａａｎｘｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＷｅｉｙａｎｇＤｉｓｔｒｉｃｔ，Ｘｉ’ａｎ，Ｓｈａａａｘｉ７１００２１，Ｐ．ＲＣｈｉｎａ

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