基于机构学和肌肉模型的单视频驱动人脸情感表达仿真

描述一种3维人脸模型的单视频驱动方法。该方法在传统肌肉模型的基础上,根据嘴部运动特性采用机构学原理建立嘴部运动控制模型,通过视频图像序列跟踪得到特征点的运动规律曲线,进而驱动眼部、嘴部及面部其他部分的网格点运动,产生具有真实感的面部表情动作。仿真结果表明,采用此方法可以得到逼真的人脸表情模拟动画。     

基于人眼多线谱的MPEG-4参数计算

提出了由人眼多线谱计算MPEG-4相关人脸动画参数(FAP)的方法.人眼多线谱利用一组随时间变化的归一化肌肉收缩量表示人眼运动及表情,通过对其采样可获得视频各帧对应的归一化肌肉收量.根据三雏肌肉控制人眼(3D-MCE)模型与MPEG-4标准模型在特征点、运动表示参数,坐标及尺度上的对应关系,可由归一化肌肉收缩量集计算相应FAP,以驱动任意基于MPEG-4标准的人眼模型.实验证明该方法所用数据量及计算量较小,所得MPEG-4参数可以驱动得到较逼真的人眼运动及表情.     

虚拟人“双簧”—与语音同步的三维人脸动画的研究

为了有效地合成人脸语音动画,提出一种与语音同步的三维人脸口型与表情动画合成的方法。首先,根据对人脸运动解剖学的研究,构建一个基于肌肉模型与微分几何学模型的三维人脸控制模型,通过数据结构的形式去控制肌肉模型和微分几何学模型实现人脸的运动,从而实现各种口型和表情运动的变化;然后,充分考虑汉语的发音特征,提出一种基于几何描述的并且符合汉语发音习惯的协同发音模型,从而产生逼真的三维人脸语音动画。仿真结果和实验对比表明,采用该方法可以得到符合汉语发音习惯的三维人脸口型动画,且合成的三维人脸表情较为自然,逼真。     

人眼3D肌肉控制模型

根据解剖学原理及人眼运动特征,提出了一种人眼3D肌肉控制模型.该模型由内部模型和外部模型组成,其3D运动由3类共8条肌肉控制.模型建模及驱动比较方便,并已在PC机上进行了模拟.模拟结果表明,人眼模型逼真,可较好地模拟人眼运动及表情.     

真实感眼部表情的一种实现方法

眼睛是心灵的窗户,眼睛能够表达丰富的表情.有真实感的眼部表情是三维人脸表情动画中的重要组成部分.模拟眼部运动需要考虑眼球对目标的注视、目标间的切换、扫视、头与眼的协调和眨眼.针对三维人脸模型的特点,提出一种采用刚性运动方式模拟眼睛对目标的注视移动,采用基于皮肤特性的网格非刚性形变拉伸方法模拟眨眼动画的方法.实验表明,该方法实现了较真实感的眼部表情动画.     

单张照片输入的人脸动画系统

人脸动画不仅包括表情的变化,同时涉及眼睛和头部的动作.为了方便、逼真地生成这些丰富的动画效果,提出一个基于单张照片的人脸动画系统.首先利用梯度场修改的方法将样本表情映射到输入人脸上,为了避免样本人脸上斑点等非表情信息的映射,采取WLS算子对样本表情进行滤波;然后对输入图像的眼睛部分进行纹理合成处理,利用合成的眼球和眼白纹理来生成眼睛的动作;最后借助一个3D人脸模型来实现输入图像头部姿态的改变.实验结果表明,该系统能够实时地生成逼真、自然的动画效果.     

基于Java 3D的虚拟人仿真方法

提出一种将3DS MAX、MS3D与Java 3D编程技术相结合的虚拟人仿真方法,可使虚拟人达到相对逼真且交互性强的效果。该方法首先采用3DS MAX角色动画技术进行人体静态建模和动作建模;然后通过将底层基本动作片段转化为MS3D格式,供Java 3D的骨骼动画模型接口调用;最后利用Java 3D编程来控制虚拟人的高层行为活动。该方法有利于角色建模、运动仿真和行为控制等设计工作的分工协作,适合于网络环境下多角色、复杂动作的虚拟人仿真。     

机器人仿生脸的三维运动仿真

本文对人类产生典型表情时眼睛、眉毛、嘴和下颌的运动过程进行了分析，统计出了各器官的运动范围。采用AutoCAD和3DS MAX设计制作出了机器人仿生脸的三维结构模型，并建立了机器人仿生脸的机构运动传递关系。通过MAXScript脚本程序实现了三维运动仿真的参数化控制，获得了几种典型表情的仿真动画。     

基于运动轨迹分析的3D唇舌肌肉控制模型

针对可视化语音以及虚拟说话人系统中对唇部和舌部动画的高逼真度要求, 提出了一种基于运动轨迹分析的3D唇舌肌肉控制模型。该方法首先根据解剖学原理, 建立基于网格和纹理的唇部、舌部模型。然后, 根据分析唇部的运动轨迹, 将口轮匝肌分解成两部分来联合控制唇部的运动, 可以获得各种口型。在舌部的运动模拟中, 将它的运动轨迹分解成一些机械运动的组合, 通过使用四种肌肉模型来控制这些运动。最终实现了人脸嘴部说话时的各种口型, 实现了卷舌、舔嘴等动作。实验结果表明, 该方法能逼真地实现出唇部、舌部的运动动画。     

基于OPENGL的三维人体运动仿真

研究虚拟人体运动仿真动画技术是计算机动画设计中极重要的课题,构建简化虚拟的人体几何模型,利用计算机图形学知识,针对人体几何建模复杂,逼真度、控制性差的问题,先优化设计人体仿真运动相应的数学模型,建立人体运动系统坐标系后,采用Denavic-Hartenberg法,建立虚拟人体分层结构运动链的空间关节坐标系统.在3DS MAX下进行逼真几何建模,把模型转化为OpenGL程序,运用Visual C++6.0和OpenGL为编程工具,实现虚拟人体关节运动控制.结果表明,建模逼真,优化的几何模型在软件下容易控制,整体效果好,增强了虚拟人体运动的真实感和动作效果,很好地实现了虚拟人体行走.     

具有真实感的三维人脸动画

具有真实感的三维人脸模型的构造和动画是计算机图形学领域中一个重要的研究课题.如何在三维人脸模型上实时地模拟人脸的运动,产生具有真实感的人脸表情和动作,是其中的一个难点.提出一种实时的三维人脸动画方法,该方法将人脸模型划分成若干个运动相对独立的功能区,然后使用提出的基于加权狄里克利自由变形DFFD(Dirichlet free-form deformation)和刚体运动模拟的混合技术模拟功能区的运动.同时,通过交叉的运动控制点模拟功能区之间运动的相互影响.在该方法中,人脸模型的运动通过移动控制点来驱动.为了简化人脸模型的驱动,提出了基于MPEG-4中脸部动画参数FAP(facial animation parameters)流和基于肌肉模型的两种高层驱动方法.这两种方法不但具有较高的真实感,而且具有良好的计算性能,能实时模拟真实人脸的表情和动作.     

自适应人脸语音动画技术*

介绍了一个基于特征多边形网格模型和肌肉模型的人脸语音动画系统。首先从3D MAX导出的ASE文件建立人脸多边形网格模型,在四边形网格中定义了眼睛、鼻子、眉毛、额头、面颊、上下颚等特征点。基于特征点把人脸网格模型构造为线性弹性模型,并进行纹理贴图,最后在建立的肌肉模型基础上实现人脸语音动画。     

基于共享近邻和优化关联策略的边界剥离聚类

边界剥离聚类算法(BP)是一种基于密度的聚类算法,它通过逐渐剥离边界点来揭示聚类的潜在核心,已经被证明是一种十分有效的聚类手段.然而, BP算法仍存在一些不足之处:一方面,数据点的局部密度仅考虑了距离特征,使得边界点的确定不够合理;另一方面, BP算法中的关联策略容易误判异常值,并且在分配边界点时容易产生连带错误.为此,本文提出了一种基于共享近邻和优化关联策略的边界剥离聚类算法(SOBP).该算法使用了基于共享近邻的局部密度函数来更好地探索数据点之间的相似性,同时优化了BP算法中的关联策略,使得每次迭代中边界点不再仅与一个非边界点进行关联,并进一步采用了边界点与非边界点、已剥离边界点之间的双重关联准则.在一些数据集上的测试表明,相较于其他6种经典算法,该算法在评估指标上表现更佳.     

基于单张图像的三维人脸建模与表情动画

在人机交互、数字娱乐等领域,传统的表情合成技术难以稳定地生成具有真实感的个性化人脸表情动画.为此,提出一种基于单张图像的三维人脸建模和表情动画系统.自动检测人脸在图像中的位置,自动定位人脸上的关键点,基于这些关键点和形变模型重建个性化三维人脸模型,对重建的人脸模型进行扩展得到完整的人脸网格,采用稀疏关键点控制的动画数据映射方法来驱动重建的人脸模型生成动态表情动画.实验结果表明,该方法稳定性强、自动化程度高,人脸模型与表情动画比较逼真.     

基于生理舌头模型的语音可视化系统

目的 目前针对舌头的语音同步动画技术还未得到广泛的研究。在此背景下,提出了一种基于生理模型的舌头动画合成方法。方法 首先构建了一个精细的、能够在肌肉激励下产生逼真舌头变形的舌头生理模型;其次利用该舌头模型合成了大量的舌头运动样本,并据此通过学习得到一个从肌肉激励到舌头轮廓的转换模型;然后对采集的动态2维舌头轮廓数据进行运动参数估计以得到与音素对应的体素(肌肉激励序列和刚体位移序列);最后将体素按一定的排列方式输入到舌头生理模型进行仿真以生成相应的舌头动画。结果 该系统可以合成听觉效果逼真的语音和视觉效果逼真且与合成语音同步的舌头动画。结论 本文方法可以根据汉语普通话或其他语言的2维舌头轮廓数据构建音素—体素数据库,并据此合成该语言对应的高真实感的3维舌头动画。     

基于Pro／E和3DSMax的缝纫机原理仿真动画制作研究

缝纫机原理仿真动画对缝纫机主要功能零件模型的几何尺寸准确度要求较高．利用Pro/E对缝纫机零部件进行精确建模和装配,将三维模型导入3DS Max中进行材质渲染和动画制作,完成缝纫机原理仿真动画。充分发挥Pro／E和3DS Max软件各自的优势,解决单独使用3DS Max软件在机构动画制作中零件的尺寸和装配不准确的问题,为机构仿真动画制作提供新思路。     

基于Simulink/MEX编程的MATLAB仿真教学动画演示

给出一种基于MATLABS函数和MEX编程的仿真过程动画显示模块实现方法,利用S函数实现动画显示窗口管理和动画帧的显示,通过MEX函数来利用其他编程语言和图形函数库实现动画帧便捷美观的绘制,最终实现仿真过程动画显示。通过此方法得到的S函数模块可集成到Simulink模型中,方便地提供仿真过程的动画演示。     

基于图论和均匀性测度的彩色图像分割算法

Graph-Based方法是基于图论的彩色图像分割算法中比较新颖的一种方法,且分割速度非常快。针对该算法对边缘和纹理处理效果不佳,且分割效果易受阈值影响的局限,改变了其颜色空间,结合拉普拉斯算子将带权图的边分为边缘边和非边缘边,优先处理非边缘边;再引入均匀性测度求取分割效果最佳的阈值。实验结果表明,相对于Graph-Based方法,改进的算法分割效果具有较好的准确性和适应性,更接近于人眼的感觉。     

Control of Feature-point-driven Facial Animation Using a Hypothetical Face

A new approach to the generation of a feature-point-driven facial animation is presented. In the proposed approach, a hypothetical face is used to control the animation of a face model. The hypothetical face is constructed by connecting some predefined facial feature points to create a net so that each facet of the net is represented by a Coon's surface. Deformation of the face model is controlled by changing the shape of the hypothetical face, which is performed by changing the locations of feature points and their tangents. Experimental results show that this hypothetical-face-based method can generate facial expressions which are visually almost identical to those of a real face.     

A new physical model with multilayer architecture for facial expression animation using dynamic adaptive mesh

This paper presents a new physically-based 3D facial model based on anatomical knowledge which provides high fidelity for facial expression animation while optimizing the computation. Our facial model has a multilayer biomechanical structure, incorporating a physically-based approximation to facial skin tissue, a set of anatomically-motivated facial muscle actuators, and underlying skull structure. In contrast to existing mass-spring-damper (MSD) facial models, our dynamic skin model uses the nonlinear springs to directly simulate the nonlinear visco-elastic behavior of soft tissue and a new kind of edge repulsion spring is developed to prevent collapse of the skin model. Different types of muscle models have been developed to simulate distribution of the muscle force applied on the skin due to muscle contraction. The presence of the skull advantageously constrain the skin movements, resulting in more accurate facial deformation and also guides the interactive placement of facial muscles. The governing dynamics are computed using a local semi-implicit ODE solver. In the dynamic simulation, an adaptive refinement automatically adapts the local resolution at which potential inaccuracies are detected depending on local deformation. The method, in effect, ensures the required speedup by concentrating computational time only where needed while ensuring realistic behavior within a predefined error threshold. This mechanism allows more pleasing animation results to be produced at a reduced computational cost.