發(fā)布時間：2018-01-17 01:20

  本文關(guān)鍵詞：基于單幅圖像的三維發(fā)型建模技術(shù)及其應(yīng)用　出處：《浙江大學(xué)》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：發(fā)型是人物形象的重要組成部分,不同的發(fā)型顏色與風(fēng)格可以反映出人的不同年齡、性格乃至職業(yè)。由于其復(fù)雜多變的幾何結(jié)構(gòu),三維發(fā)型建模是圖形學(xué)研究中極具挑戰(zhàn)性的任務(wù)�，F(xiàn)有三維發(fā)型建模方法存在著較大的局限性:一些依賴于手工交互的方法需要專業(yè)的建模技能以及繁雜的交互操作;另一些基于圖像的發(fā)型重建方法只能處理受控環(huán)境下使用專業(yè)設(shè)備拍攝的大量圖像。這些局限性阻礙了三維發(fā)型建模技術(shù)在實際應(yīng)用中的普及。本文研究了基于單幅圖像的三維發(fā)型建模這一難題。我們結(jié)合極少量用戶輔助、機(jī)器學(xué)習(xí)方法以及先驗幾何模型,系統(tǒng)性地提出了一系列基于單幅肖像的高質(zhì)量三維發(fā)型建模方法,并全面展示了這些方法在智能肖像操控中的應(yīng)用。同時,針對應(yīng)用中發(fā)型運動仿真速度慢的問題,我們設(shè)計了基于蒙皮的發(fā)型運動簡化模型,用以在實時速度下完成高質(zhì)量發(fā)型運動仿真及與環(huán)境物體交互的模擬。本文的具體研究內(nèi)容包括如下五個部分:1.提出了一個基于單幅圖像的交互式三維發(fā)型建模方法。該方法可以在少量用戶輔助下生成高分辨的三維發(fā)型模型,這些發(fā)型模型在一定觀察角度范圍內(nèi)都可以得到與原圖相符的渲染效果,從而足以支持如肖像立體化、發(fā)型遷移以及發(fā)型幾何編輯等肖像操控應(yīng)用。此外,還對本方法進(jìn)行了擴(kuò)展以支持滿足物理約束的動態(tài)發(fā)型建模及基于視頻的發(fā)型建模。2.在交互式建模方法的基礎(chǔ)上,我們提出了一個數(shù)據(jù)驅(qū)動的全自動單幅圖像三維發(fā)型建模方法。其在保證結(jié)果質(zhì)量的同時能完全去除繁瑣的用戶輔助步驟,從而將單幅肖像發(fā)型建模過程完全自動化,以便于更好地面向普通用戶的實際應(yīng)用以及大規(guī)模發(fā)型數(shù)據(jù)的生成。3.著眼于模型的幾何質(zhì)量,我們進(jìn)一步提出了一個用于生成高質(zhì)量模型的單幅圖像肖像建模方法。該方法能夠生成包含精細(xì)幾何細(xì)節(jié)的完整肖像模型,用于支持一系列對模型質(zhì)量有較高要求的肖像操控應(yīng)用,包括基于圖像的高質(zhì)量重新照明、肖像浮雕三維打印等。4.針對實時發(fā)型運動仿真,我們提出了一個數(shù)據(jù)驅(qū)動的高效發(fā)型運動仿真方法。算法基于全新的發(fā)型蒙皮簡化模型從訓(xùn)練數(shù)據(jù)中習(xí)得發(fā)型的運動特征以驅(qū)動高效的實時運動仿真,并通過在線碰撞修正的方式恢復(fù)因簡化模型插值損失的運動細(xì)節(jié)。5.在發(fā)型蒙皮模型的基礎(chǔ)上,我們進(jìn)一步提出了自適應(yīng)蒙皮簡化模型,用以更好地解決發(fā)型與精細(xì)環(huán)境物體交互仿真過程中對蒙皮簡化模型假設(shè)的沖突,從而在不影響效率的前提下實現(xiàn)高質(zhì)量的發(fā)型物體仿真。
[Abstract]:Hair style is an important part of the character image, different hair color and style can reflect people's different age, character and even occupation, because of its complex and changeable geometry structure. 3D hairstyle modeling is a challenging task in graphic research. Some methods that rely on manual interaction require professional modeling skills and complex interactions; Other image-based hairstyle reconstruction methods can only deal with a large number of images captured by professional equipment in controlled environment. These limitations hinder the popularization of 3D hairstyle modeling technology in practical application. 3D hairstyle modeling of a single image is a difficult problem. We combine a very small number of user aids. A series of high quality 3D hairstyle modeling methods based on single portrait are proposed systematically by machine learning and a prior geometry model, and the applications of these methods in intelligent portrait manipulation are demonstrated comprehensively. At the same time. In order to solve the problem of slow simulation speed of hairstyle movement in application, we design a simplified model of hairstyle movement based on skin. It is used to simulate the high quality haircut motion and the interaction with the environment object at real time speed. The specific research contents of this paper include the following five parts:. 1. An interactive 3D hairstyle modeling method based on a single image is proposed, which can generate a high-resolution 3D hairstyle model with a small number of users. These hairstyles can be rendered in accordance with the original image within a certain range of viewing angles, which is sufficient to support portrait manipulation applications such as portrait three-dimensional, hairstyle migration and hairstyle geometric editing. The method is extended to support dynamic hairstyle modeling with physical constraints and video-based hairstyle modeling. 2. Based on the interactive modeling method. We propose a data-driven full-automatic 3D hairstyle modeling method for single image, which can completely eliminate the tedious user-aided steps while ensuring the quality of the results. Thus, the modeling process of single portrait hairstyle is completely automated, in order to better face the practical application of ordinary users and the generation of large-scale hairstyle data. 3. Focus on the geometric quality of the model. We further propose a single image portrait modeling method for generating high quality models, which can generate a complete portrait model with fine geometric details. It is used to support a series of portrait manipulation applications with high requirements for model quality, including high quality relighting based on images, 3D printing of portrait relief and so on. We propose a data-driven and efficient hairstyle motion simulation method, which is based on the new haircut skin simplification model to acquire the hairstyle movement characteristics from the training data to drive the efficient real-time motion simulation. And by online collision correction to restore the loss of the simplified model interpolation motion details. 5. On the basis of the haircut skin model, we further proposed an adaptive skin simplified model. In order to solve the conflict of the assumption of skin simplification model in the process of interaction simulation between hairstyle and fine environment objects, the high quality haircut object simulation can be realized without affecting the efficiency.
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TP391.41

【相似文獻(xiàn)】

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本文編號：1435682