自由變形算法研究及其在頭像生成系統(tǒng)中的應(yīng)用.pdf

1、隨著計(jì)算機(jī)全面進(jìn)入3D時(shí)代，計(jì)算能力的飛速提高和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的蓬勃發(fā)展，三維人臉建模和動(dòng)畫(huà)已成為計(jì)算機(jī)圖形學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。今天，在娛樂(lè)產(chǎn)業(yè)、人機(jī)交互、多媒體、通訊等領(lǐng)域中三維建模和動(dòng)畫(huà)獲得了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。真實(shí)感的三維頭像可以應(yīng)用于諸如電影特技、虛擬電話(huà)會(huì)議、互聯(lián)網(wǎng)增值業(yè)務(wù)和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)增值業(yè)務(wù)以及軟件操作界面等相關(guān)領(lǐng)域。 在幾何造型和計(jì)算動(dòng)畫(huà)領(lǐng)域中，變形技術(shù)已經(jīng)成為一種越來(lái)越重要的工具。通過(guò)變形技術(shù)可以模擬傳統(tǒng)造型和計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)技

2、術(shù)難以實(shí)現(xiàn)的變形效果，如柔性物體的變形、動(dòng)物的爬行、人臉部運(yùn)動(dòng)、表情動(dòng)畫(huà)等，因此引起了人們的廣泛興趣和重視。 本文研究自由變形算法及其在三維人臉建模和動(dòng)畫(huà)中的應(yīng)用。眾所周知，二維空間Dirichlet自由變形算法是一種應(yīng)用非常廣泛的變形算法。和其它算法相比該算法允許用戶(hù)根據(jù)需要設(shè)置控制點(diǎn)，拋棄了對(duì)控制框架的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的限制，使用更為一般的Sibson局部坐標(biāo)系(Sibsonlocalcoordinatesystem)，因而該算法更

3、具靈活和通用性。關(guān)于Dirichlet自由變形算法的研究，目前主要集中在二維情形，本文將二維空間的Dirichlet自由變形算法推廣到三維空間中，給出了三維空間中的Dirichlet自由變形算法的具體實(shí)現(xiàn)。這種推廣遠(yuǎn)不是一種簡(jiǎn)單的平行推廣!Dirichlet自由變形算法思想的核心在于求控制點(diǎn)的Sibson坐標(biāo)，也即控制點(diǎn)對(duì)物體點(diǎn)的影響值。在二維空間中Sibson局部坐標(biāo)值是Voronoi單元的面積之比，Voronoi單元是由三角劃分得到

4、的三角形的中垂線(xiàn)相交構(gòu)成，計(jì)算簡(jiǎn)單直觀。但推廣到三維空間中，Sibson局部坐標(biāo)值變?yōu)閂oronoi單元的體積之比，而且Voronoi單元由三角劃分得到的四面體棱的中垂面生成，Voronoi單元由面變成體，直觀性差，計(jì)算也變得相當(dāng)復(fù)雜。因而，從二維Dirichlet自由變形算法到三維Dirichlet自由變形算法的推廣具有較強(qiáng)的挑戰(zhàn)性。 本文將文中提出的三維空間的Dirichlet自由變形算法進(jìn)一步應(yīng)用到三維人臉建模和動(dòng)畫(huà)中，在