关于建模基于Candide3三维人脸快速建模研究
最后更新时间：2024-02-23
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论文导读：模型的精细度确不完全一致，电影、人物动画等需要对人脸的模型进行精密的构建与生成，对于最终的模型质量与贴图质量有着很高的要求。而在其他的行业中可能并不需要高质量的模型，这时，就需要使用一种快速而又简便的方法进行人脸的建模工作。2Candide3模型Candide模型是一种参数化的模型，最初的目标是为了服务于基于模
摘要：本文针对当前人脸快速建模存在的一些问题上，阐述了当在仅有正脸照片的情况下对于给定的人脸利用Candide3进行快速建模，从而可以将快速生成的模型进行进一步的识别、特征处理等操作
关键词：Candide3 三维建模 纹理映射
1007-9416（2013）09-0062-02
1 前言
人脸是一个人外貌特征最显著的标志，是辨认人的身份的重要根据。近几年来，随着技术的发展，社会上越来越多的行业、领域，都对于人脸相关的处理有了很多的需求。人脸建模技术作为计算机图形学的一个分支也越来越受到人们的重视，人脸建模技术的研究也成为了近年来的热点方向。
目前，电影、广告、人物动画、计算机游戏、视频会议、可视电话、医学、信息安全、人机交互等各个方面都对于人脸建模有着很大的需求，而不同的行业对于模型的精细度确不完全一致，电影、人物动画等需要对人脸的模型进行精密的构建与生成，对于最终的模型质量与贴图质量有着很高的要求。而在其他的行业中可能并不需要高质量的模型，这时，就需要使用一种快速而又简便的方法进行人脸的建模工作。
2 Candide3模型
Candide模型是一种参数化的模型，最初的目标是为了服务于基于模型的人脸编码应用，因为只有较少的若干顶点参数，是的应用该模型进行3D人脸绘制只需要很少的计算时间，从而广泛应用于视频传输以及视频动画当中。Candide3是Candide模型的第3个版本，它由113个顶点与168个面组成。通过对该模型113个顶点的坐标连接便可绘制出该模型。该模型如图1所示
3 目前常用的人脸建模方法
（1）手工建模。制作者通过使用一些常用的模型制作软件，如3Ds max，MAYA等，在计算机上直接使用软件绘制出3D人脸模型。虽然这种方法的不受环境影响、易于实现，但是使用这种方法制作起来费时费力，模型的质量与制作者的水平关联很大，因此对于软件的使用者的绘制水平要求很高，需要进行一些专业的训练才可建出质量比较高的3D人脸模型。
（2）特征建模。这种方法是从照片或视频中的人脸提取特征点，将不同角度提取的相同特征点进行对应计算，算出特征点的空间坐标，然后用这些特征点坐标构建出一张中型人脸网格，重构出三维人脸模型。通过不同方向拍摄的人脸照片，通过矩形标出眼睛鼻子等人脸的关键特征所在的区域，在每个特征区域中搜索图像边界来确定特征点所在的位置，从而根据对应关系确定出具体特征点的位置得出特征点的三维坐标来差值变形一个中性人脸网格，从而构造出特定的三维人脸模型。
（3）扫描建模。使用三维扫描仪来创建人脸模型。这种方法构造的模型非常精细，准确度高。但是需要复杂昂贵的设备，并且需要模特在场。条件苛刻。
4 基于Candide3的快速人脸建模
以上所述的建模方法大多通过比较高的要求，耗费比较多的资源来生成一个比较精细的模型。针对有些对模型精细度无太大要求的应用状况时使用以上的方法就有些过于浪费。因此本文选择Candide3模型进行一个人工的快速的低精度的模型构建。所需要的素材为一张待构建的人脸正面图片，如图2所示。
在对应给予输入图像后，载入Candide-3的标准模型，将Candide-3模型在三维坐标空间中的X、Y、Z三轴上的极值记录为minX、maxX、minY、maxY、minZ、maxZ，作为初始纹理映射坐标的依据，然后载入输入的图片，将材质映射坐标 （0，0）对应到空间坐标系的（minX，minY，0），材质坐标（0，1）映射到（minX，maxY，0），（1，0）映射到（maxX，minY，0），（1，1）映射到（maxX，maxY，0）。之后需要对材质进行处理，将材质投射到Candide-3的标准模型上。此时需要对Candide3模型的对应的关键点进行调整，Candide3的一些关键点如表1。
通过对这些关键点的坐标进行微调，将Candide3的模型中每一个点P（x，y，z），对其向XY平面做投影，分别与输入图像的所对应的关键点对应，从而将原输入图像划分为若干个三角形的区块。在XY平面上所划分出来的若干个三角形区块分别对应于Candide-3在XY平面上投影的三角形的纹理部分。对每一个三角形将该部分三角形纹理对应映射到其对应的三角形位置上，在ope论文导读：系统开销上占用很小，能够很快的生成纹理与最终产出的模型。在小开销的前提下可以用于进一步的如安检之类的实际需求中。5结语本文针对当前人脸快速建模存在的一些问题上，阐述了当在仅有正脸照片的情况下对于给定的人脸利用Candide3进行快速建模，从而可以将快速生成的模型进行进一步的识别、特征处理等操作，系统开销
ngl环境下，即通过glTexCoord（）函数为Candide3模型的每一个三角形面指定其对应投影的材质三角形坐标，完成了材质的映射，结果图如图3所示。
通过结果可以看出该方法可以在尽量保留真实性的情况下快速生成有一定还原度的简易三维人脸模型，操作相较于传统的方法简单便捷，对于系统使用者而言不需要很高的技术水平，在系统开销上占用很小，能够很快的生成纹理与最终产出的模型。在小开销的前提下可以用于进一步的如安检之类的实际需求中。
5 结语
本文针对当前人脸快速建模存在的一些问题上，阐述了当在仅有正脸照片的情况下对于给定的人脸利用Candide3进行快速建模，从而可以将快速生成的模型进行进一步的识别、特征处理等操作，系统开销小，操作简便。不足之处则是模型质量不够高，但足以适用于很多对精细度要求不高的场所。
参考文献
Jian Huang；Ziling Su；Ruomei Wang 3D Face Reconstruction Based on Improved CANDIDE-3 Model Nov.2012.
Fengsong Hu；Yaping Lin；BeiJi Zou；Maojun ZhangIndividual 3D Face Generation Based on Candide-3 for Face Recognition May 2008.
[3]黄福，潘广贞，纪丽婷，刘军.基于多角度照片的真实感三维人脸建模研究[J].电子测试，2010年05期.
[4]易法令，熊伟，王胜，张皓明.人脸自适应三维建模的研究与实现.计算机工程与应用，2010年19期.
[5]胡峰松，林亚平，邹北骥，张茂军.应用于人脸识别的基于Candide-3特定人脸三维重建[J].湖南大学学报（自然科学版），2008年11期.
[6]杨军，刘直芳，张秀琼，高志升，袁红照.基于三维模源于：免费论文查重www.7ctime.com
型的多姿态人脸识别[J].光电工程，2009年01期.
摘要：本文针对当前人脸快速建模存在的一些问题上，阐述了当在仅有正脸照片的情况下对于给定的人脸利用Candide3进行快速建模，从而可以将快速生成的模型进行进一步的识别、特征处理等操作
关键词：Candide3 三维建模 纹理映射
1007-9416（2013）09-0062-02
1 前言
人脸是一个人外貌特征最显著的标志，是辨认人的身份的重要根据。近几年来，随着技术的发展，社会上越来越多的行业、领域，都对于人脸相关的处理有了很多的需求。人脸建模技术作为计算机图形学的一个分支也越来越受到人们的重视，人脸建模技术的研究也成为了近年来的热点方向。
目前，电影、广告、人物动画、计算机游戏、视频会议、可视电话、医学、信息安全、人机交互等各个方面都对于人脸建模有着很大的需求，而不同的行业对于模型的精细度确不完全一致，电影、人物动画等需要对人脸的模型进行精密的构建与生成，对于最终的模型质量与贴图质量有着很高的要求。而在其他的行业中可能并不需要高质量的模型，这时，就需要使用一种快速而又简便的方法进行人脸的建模工作。
2 Candide3模型
Candide模型是一种参数化的模型，最初的目标是为了服务于基于模型的人脸编码应用，因为只有较少的若干顶点参数，是的应用该模型进行3D人脸绘制只需要很少的计算时间，从而广泛应用于视频传输以及视频动画当中。Candide3是Candide模型的第3个版本，它由113个顶点与168个面组成。通过对该模型113个顶点的坐标连接便可绘制出该模型。该模型如图1所示
3 目前常用的人脸建模方法
（1）手工建模。制作者通过使用一些常用的模型制作软件，如3Ds max，MAYA等，在计算机上直接使用软件绘制出3D人脸模型。虽然这种方法的不受环境影响、易于实现，但是使用这种方法制作起来费时费力，模型的质量与制作者的水平关联很大，因此对于软件的使用者的绘制水平要求很高，需要进行一些专业的训练才可建出质量比较高的3D人脸模型。
（2）特征建模。这种方法是从照片或视频中的人脸提取特征点，将不同角度提取的相同特征点进行对应计算，算出特征点的空间坐标，然后用这些特征点坐标构建出一张中型人脸网格，重构出三维人脸模型。通过不同方向拍摄的人脸照片，通过矩形标出眼睛鼻子等人脸的关键特征所在的区域，在每个特征区域中搜索图像边界来确定特征点所在的位置，从而根据对应关系确定出具体特征点的位置得出特征点的三维坐标来差值变形一个中性人脸网格，从而构造出特定的三维人脸模型。
（3）扫描建模。使用三维扫描仪来创建人脸模型。这种方法构造的模型非常精细，准确度高。但是需要复杂昂贵的设备，并且需要模特在场。条件苛刻。
4 基于Candide3的快速人脸建模
以上所述的建模方法大多通过比较高的要求，耗费比较多的资源来生成一个比较精细的模型。针对有些对模型精细度无太大要求的应用状况时使用以上的方法就有些过于浪费。因此本文选择Candide3模型进行一个人工的快速的低精度的模型构建。所需要的素材为一张待构建的人脸正面图片，如图2所示。
在对应给予输入图像后，载入Candide-3的标准模型，将Candide-3模型在三维坐标空间中的X、Y、Z三轴上的极值记录为minX、maxX、minY、maxY、minZ、maxZ，作为初始纹理映射坐标的依据，然后载入输入的图片，将材质映射坐标 （0，0）对应到空间坐标系的（minX，minY，0），材质坐标（0，1）映射到（minX，maxY，0），（1，0）映射到（maxX，minY，0），（1，1）映射到（maxX，maxY，0）。之后需要对材质进行处理，将材质投射到Candide-3的标准模型上。此时需要对Candide3模型的对应的关键点进行调整，Candide3的一些关键点如表1。
通过对这些关键点的坐标进行微调，将Candide3的模型中每一个点P（x，y，z），对其向XY平面做投影，分别与输入图像的所对应的关键点对应，从而将原输入图像划分为若干个三角形的区块。在XY平面上所划分出来的若干个三角形区块分别对应于Candide-3在XY平面上投影的三角形的纹理部分。对每一个三角形将该部分三角形纹理对应映射到其对应的三角形位置上，在ope论文导读：系统开销上占用很小，能够很快的生成纹理与最终产出的模型。在小开销的前提下可以用于进一步的如安检之类的实际需求中。5结语本文针对当前人脸快速建模存在的一些问题上，阐述了当在仅有正脸照片的情况下对于给定的人脸利用Candide3进行快速建模，从而可以将快速生成的模型进行进一步的识别、特征处理等操作，系统开销
ngl环境下，即通过glTexCoord（）函数为Candide3模型的每一个三角形面指定其对应投影的材质三角形坐标，完成了材质的映射，结果图如图3所示。
通过结果可以看出该方法可以在尽量保留真实性的情况下快速生成有一定还原度的简易三维人脸模型，操作相较于传统的方法简单便捷，对于系统使用者而言不需要很高的技术水平，在系统开销上占用很小，能够很快的生成纹理与最终产出的模型。在小开销的前提下可以用于进一步的如安检之类的实际需求中。
5 结语
本文针对当前人脸快速建模存在的一些问题上，阐述了当在仅有正脸照片的情况下对于给定的人脸利用Candide3进行快速建模，从而可以将快速生成的模型进行进一步的识别、特征处理等操作，系统开销小，操作简便。不足之处则是模型质量不够高，但足以适用于很多对精细度要求不高的场所。
参考文献
Jian Huang；Ziling Su；Ruomei Wang 3D Face Reconstruction Based on Improved CANDIDE-3 Model Nov.2012.
Fengsong Hu；Yaping Lin；BeiJi Zou；Maojun ZhangIndividual 3D Face Generation Based on Candide-3 for Face Recognition May 2008.
[3]黄福，潘广贞，纪丽婷，刘军.基于多角度照片的真实感三维人脸建模研究[J].电子测试，2010年05期.
[4]易法令，熊伟，王胜，张皓明.人脸自适应三维建模的研究与实现.计算机工程与应用，2010年19期.
[5]胡峰松，林亚平，邹北骥，张茂军.应用于人脸识别的基于Candide-3特定人脸三维重建[J].湖南大学学报（自然科学版），2008年11期.
[6]杨军，刘直芳，张秀琼，高志升，袁红照.基于三维模源于：免费论文查重www.7ctime.com
型的多姿态人脸识别[J].光电工程，2009年01期.