一种人物面部三维建模优化方法与流程

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1.本发明属于建模领域，特别涉及一种人物面部三维建模优化方法。

背景技术：

2.目前，在计算机图形学领域，三维人体建模是充满挑战的，原因主要包括两方面。
3.首先，人体是由多种材质组成的动态对象，具有高度的复杂性，难以完美地数字化三维再现，而且三维人体原始数据是不完美的，永久性地具有原始数据缺陷。
4.通过研究发现：海量的三维人体模型实例组成了一个三维人体空间，并可以用参数化数学模型来公式化地描述该三维人体空间，建立具体三维人体实例的三维人体模型结果，这就是三维人体参数化建模方法。三维人体参数化建模方法功能稳定：因为所求解出的结果一定符合三维人体参数化数学模型，所以，即便输入的是残缺数据，依旧能自动地建立完整的三维人体模型结果。从而，它避免了传统三维扫描方法经常因数据残缺导致结果有缺陷的不足。
5.其次，用户感知的敏感性，用户非常容易察觉到结果的失真度。因此，三维人体建模不但要求能准确复现人体三维外形几何数据，还要求视觉效果的逼真度，这其中面部特征尤为重要。
6.人脸信息是识别他人身份的重要信息，三维信息在机器视觉的多个领域和方向有着重要的应用。因此，将常见的平面人脸图像立体化就有着显著的意义。目前，常见的人脸三维重建方法有：由三维激光扫描仪获取深度图的方法，基于特征点调整标准模型的三维人脸建模方法，统计模型。由三维激光扫描仪获取深度图的方法可以得到准确的模型和逼真的重建效果，但由于数字化仪价格高昂，使用环境不方便，深度图的数据量大等，使其应用受限，同时需要较多的人工参与。基于特征点调整标准模型的三维人脸建模方法，算法简单，效率高，可操作性强，但是分析的难度比较大，同时三维特征点的提取涉及对应问题也比较困难。因此，为了保证其准确性和稳定性，减少相应的复杂度，同样需要人工的时刻参与。统计模型可以完全自动的完成人脸建模任务，但是这种方法需要一个庞大的样本库，其准确性依赖于这些样本，建模结果只是这些样本的统计估计值，其实用性还有待证明。除此之外，主动表象模型还缺少纹理的变化。从上述对人脸三维重建技术的研究中可以发现上述的方法都各有各的局限性。
7.因此，现在亟需一种人物面部三维建模优化方法。

技术实现要素：

8.本发明提出一种人物面部三维建模优化方法，解决了现有技术中对人物面部进行信息采集时，容易出现的光线对面部造成的特征不准确的的问题。
9.本发明的技术方案是这样实现的：一种人物面部三维建模优化方法，方法包括如下步骤：s1：在人物面部对侧方向设置光源，光源产生的光线直射柔光板后散射在人物面部，摄影设备与对向设置的光源以人物面部中心点为圆心，摄影设备的焦点沿着圆心进行
上下弧线运动和左右弧线运动，将人物面部表面进行全面拍摄；s2：通过摄影设备的焦点拍摄将人物面部以中心点和摄影设备位移轴线分四个区域，对四个区域内的人物面部进行面部捕捉，获取人物面部的二维图像数据；s3：获取单一区域内的人物面部的多角度的图像数据，并将图像数据通过摄影测量方式将二维图像数据合成三维建模数据；s4：通过参数化建模，构建人物面部三维模型，通过将人物面部三维模型导入到仿真系统中，经过仿真系统进行人物面部仿真，随后将人物面部仿真数据数据仿真输出，将仿真数据和二维图像进行对比；s5：通过对比对差异率超过阈值的区域通过摄影设备进行图像复摄，重新进行步骤s3和s4，直至对比差异率在阈值范围内。
10.在进行人物面部建模时，最重要的是骨架的构建，不同人种，不同区域的人物脸部具有不同的特征，需要通过骨架以及后期的蒙皮还进行解决，如果采用纯粹的软件建模，一是耗时耗力，二是数据比较统一，建模的骨架不能有区分特。
11.对此，目前通过脸部捕捉技术的升级，对脸部的动态捕捉的深化后，能够对人物脸部进行信息采集，通过采集的信息进行建模，这种建模方式能够根据不同人的脸部特征，建立不同的骨架，达到千人千面的效果，但是在这种方式中，最大的问题是在面部信息采集时，因为光线问题，人脸会有根据不同光线角度产生的阴影，这些阴影在进行建模时，会很影响建模效果和建模精度，而阴影是没办法彻底消除的，发光源的设置不能直射脸部，一是会造成脸部失真，二是采集设备也会对某区域形成阴影，达不到效果。
12.进一步地，所述步骤s1中焦点沿着圆心进行上下弧线运动和左右弧线运动，其中焦点在进行移动时进行定点后，拍摄设备焦点固定，拍摄设备进行水平角度和俯仰角度转动，对每一个水平角度和俯仰角度确定一个画面增益。本技术文件中通过焦点的运动，沿着面部曲线进行移动，因为焦点没有发生变化，并且持续稳定的移动，可以保证拍摄的画质。
13.进一步地，所述拍摄设备的水平角度和俯仰角度转动一圈为一个循环组，水平角度均匀覆盖360
°
、俯仰角度均匀覆盖10
°
。通过多角度的进行拍摄，可以获取多个角度的图像数据，方便在后期进行整合时，进行边缘处理。
14.进一步地，所述步骤s2中进行人物面部捕捉时，在人物面部放置标记点，通过摄影设备对标记点位置进行实时记录。
15.进一步地，所述步骤s3中在进行单一区域的人物面部的图像数据合成三维建模数据时，对区域边缘进行模糊贴图化处理，区域边缘的模型曲度、颜和景深与相邻区域近似匹配。
16.采用了上述技术方案后，本发明的有益效果是：通过图片无缝融合技术，将用户的纹理图片与标准纹理相融合，实现预期的纹理贴图目标。
附图说明
17.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
18.图1为本发明方法流程图。
具体实施方式
19.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
20.实施例：
21.如图1所示，一种人物面部三维建模优化方法，方法包括如下步骤：s1：在人物面部对侧方向设置光源，光源产生的光线直射柔光板后散射在人物面部，摄影设备与对向设置的光源以人物面部中心点为圆心，摄影设备的焦点沿着圆心进行上下弧线运动和左右弧线运动，将人物面部表面进行全面拍摄；s2：通过摄影设备的焦点拍摄将人物面部以中心点和摄影设备位移轴线分四个区域，对四个区域内的人物面部进行面部捕捉，获取人物面部的二维图像数据；s3：获取单一区域内的人物面部的多角度的图像数据，并将图像数据通过摄影测量方式将二维图像数据合成三维建模数据；s4：通过参数化建模，构建人物面部三维模型，通过将人物面部三维模型导入到仿真系统中，经过仿真系统进行人物面部仿真，随后将人物面部仿真数据数据仿真输出，将仿真数据和二维图像进行对比；s5：通过对比对差异率超过阈值的区域通过摄影设备进行图像复摄，重新进行步骤s3和s4，直至对比差异率在阈值范围内。
22.本技术文件的工作流程为：首先选择一个封闭空间，封闭空间内可以有光源，但光源不能直射到准备拍摄的人物面部，优选为冷调的灯光，避免出现皮肤颜不一的问题，随后按照步骤s1设置拍摄光源和拍摄区域以及拍摄设备的相对位置，随后将拍摄人员请入拍摄区域进行面部拍摄，随后通过步骤s2的方式将摄影设备的焦点拍摄将人物面部以中心点和摄影设备位移轴线分四个区域，通过四个区域分别采集图像数据，随后在经过对采集的图像数据进行整合，通过将多张图片的边缘进行近似匹配进行覆盖，达到整个头部的建模。
23.所述步骤s1中焦点沿着圆心进行上下弧线运动和左右弧线运动，其中焦点在进行移动时进行定点后，拍摄设备焦点固定，拍摄设备进行水平角度和俯仰角度转动，对每一个水平角度和俯仰角度确定一个画面增益。本技术文件中通过焦点的运动，沿着面部曲线进行移动，因为焦点没有发生变化，并且持续稳定的移动，可以保证拍摄的画质。
24.所述拍摄设备的水平角度和俯仰角度转动一圈为一个循环组，水平角度均匀覆盖360
°
、俯仰角度均匀覆盖10
°
。通过多角度的进行拍摄，可以获取多个角度的图像数据，方便在后期进行整合时，进行边缘处理。
25.所述步骤s2中进行人物面部捕捉时，在人物面部放置标记点，通过摄影设备对标记点位置进行实时记录。所述步骤s3中在进行单一区域的人物面部的图像数据合成三维建模数据时，对区域边缘进行模糊贴图化处理，区域边缘的模型曲度、颜和景深与相邻区域近似匹配
26.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：

1.一种人物面部三维建模优化方法，其特征在于，方法包括如下步骤：s1：在人物面部对侧方向设置光源，光源产生的光线直射柔光板后散射在人物面部，摄影设备与对向设置的光源以人物面部中心点为圆心，摄影设备的焦点沿着圆心进行上下弧线运动和左右弧线运动，将人物面部表面进行全面拍摄；s2：通过摄影设备的焦点拍摄将人物面部以中心点和摄影设备位移轴线分四个区域，对四个区域内的人物面部进行面部捕捉，获取人物面部的二维图像数据；s3：获取单一区域内的人物面部的多角度的图像数据，并将图像数据通过摄影测量方式将二维图像数据合成三维建模数据；s4：通过参数化建模，构建人物面部三维模型，通过将人物面部三维模型导入到仿真系统中，经过仿真系统进行人物面部仿真，随后将人物面部仿真数据数据仿真输出，将仿真数据和二维图像进行对比；s5：通过对比对差异率超过阈值的区域通过摄影设备进行图像复摄，重新进行步骤s3和s4，直至对比差异率在阈值范围内。2.如权利要求1所述的一种人物面部三维建模优化方法，其特征在于：所述步骤s1中焦点沿着圆心进行上下弧线运动和左右弧线运动，其中焦点在进行移动时进行定点后，拍摄设备焦点固定，拍摄设备进行水平角度和俯仰角度转动，对每一个水平角度和俯仰角度确定一个画面增益。3.如权利要求2所述的一种人物面部三维建模优化方法，其特征在于：所述拍摄设备的水平角度和俯仰角度转动一圈为一个循环组，水平角度均匀覆盖360
°
、俯仰角度均匀覆盖10
°
。4.如权利要求1所述的一种人物面部三维建模优化方法，其特征在于：所述步骤s2中进行人物面部捕捉时，在人物面部放置标记点，通过摄影设备对标记点位置进行实时记录。5.如权利要求1所述的一种人物面部三维建模优化方法，其特征在于：所述步骤s3中在进行单一区域的人物面部的图像数据合成三维建模数据时，对区域边缘进行模糊贴图化处理，区域边缘的模型曲度、颜和景深与相邻区域近似匹配。

技术总结

本发明提出了一种人物面部三维建模优化方法，方法包括如下步骤：S1：在人物面部对侧方向设置光源，光源产生的光线直射柔光板后散射在人物面部，摄影设备与对向设置的光源以人物面部中心点为圆心，摄影设备的焦点沿着圆心进行上下弧线运动和左右弧线运动，将人物面部表面进行全面拍摄；S2：通过摄影设备的焦点拍摄将人物面部以中心点和摄影设备位移轴线分四个区域，对四个区域内的人物面部进行面部捕捉，获取人物面部的二维图像数据；S3：获取单一区域内的人物面部的多角度的图像数据，并将图像数据通过摄影测量方式将二维图像数据合成三维建模数据；S4：通过参数化建模，构建人物面部三维模型。部三维模型。部三维模型。