本科毕业设计(论文)开题报告王寅

1、华南理工大学本科毕业设计（论文）开题报告论文题目 _基于二维图像的三维人脸建模技术研究 班 级_信息安全_ 姓 名_王寅_ 学 号_201330570366_ 指导教师_肖南峰_ 开题时间_2016.10.25_填表日期_2016.12.17_开题报告内容： 自人类社会形成以来，人们对模拟人脸一直抱有浓厚的兴趣。最初实现人脸模拟的方法包括美术绘画、泥塑艺术、雕刻工艺等，随着科技的进步，出现了电影和照片，但其仅限于反映人脸在某个角度的二维信息。然而随着科技的进一步发展，在诸多领域单方向的人脸信息已经不能满足人们的需要，人们希望可以从各个方向观察人脸，从而可以更便利的识别人脸对象。近些年来，计算机

2、技术的发展日新月异，人脸建模技术的应用领域也日益广泛，人们利用计算机优良的数据计算和处理能力使人脸模拟技术日趋完善，不管是二维还是三维人脸图像，都可以在计算机上进行模拟和演示。现在三维人脸建模技术已经作为一个研究热点而广受关注。 当前虽然已经在三维人脸重建方面取得了一些成就，但在实现完美的三维人脸构建方面还存在有许多问题，从几何结构上来看，人脸表面具有极其复杂的外部轮廓曲线和纹理信息，只有利用精深的数学方法才能描绘这些特性。表情动作的仿真、头发的模拟、光照强度的调整、真实感纹理映等这些问题的彻底解决都有一定的难度，近些年来图像图形学专家一直致力于解决这些难题。而且三维建模需要专用的设备，需要处

3、理的数据量大，不便于存储及网络上传输等问题需要进一步改善fll 三维人脸建模虽然存在许多难以解决的问题，但很多学者专家还是在坚持不懈的致力于该方面的研究，主要有以下两方面的原因:首先是现有的一些问题用二维图像的方法不能很好地解决。在人脸识别方面，最终识别效果主要是由表情变化问题来决定，如果充分利用三维信息来识别三维人脸模型，将会大大提高人脸识别的准确率和鲁棒性。其次，三维人脸模型被广泛应用于社会生活的各个领域，具有广阔的应用前景。目前，三维人脸模型已经普遍应用于科教、娱乐、医疗和安全检测等多个领域，而且随着计算机技术和科学技术的发展，三维人脸模型将会有越来越广阔的应用前景。在尽可能地减少人工干

4、预的条件下，创建精确、生动逼真的三维人脸模型，这是本文的研究重点，旨在创建一些高效而简捷的方法来解决这些问题。基于二维图像的三维人脸建模技术研究 随着计算机应用范围的扩大，给人类的生产和生活产生了巨大的推动作用，同时，计算机视觉技术还能够在各方面给人以更真实的视觉和感观体验。计算机视觉(ComputerVision)理论作为一个综合了计算机科学和工程、信号处理、物理学、应用数学和统计学、神经生理学和认知科学等的综合性科学技术，正由平面的二维视觉逐渐发展成为如今以三维视觉为主导的状态，其中最为代表性的就是虚拟现实技术。虚拟现实技术(VirtualReality，简称VR)，又称灵境技术，是以沉浸

5、性、交互性和构想性为基本特征的计算机高级人机界面。他综合利用了计算机图形学、仿真技术、多媒体技术、人工智能技术、计算机网络技术、并行处理技术和多传感器技术，模拟人的视觉、听觉、触觉等感觉器官功能，使人能够沉浸在计算机生成的虚拟境界中，并能够通过语言、手势等自然的方式与之进行实时交互，创建了一种适人化的多维信息空间。使用者不仅能够通过虚拟现实系统感受到在客观物理世界中所经历的“身临其境”的逼真性，而且能够突破空间、时间以及其他客观限制，感受到真实世界中无法亲身经历的体验。 计划流程为 1.二维源图片的预处理工作，比如，去噪声和形态学处理及格式转换等； 2.提取经处理后图片的特征点并进行标出，保存

6、照片中的人脸纹理信息； 3.将特征点与通用模型进行映射匹配，生成对应于照片的目标三维模型； 4.将存储的人脸纹理映射至目标模型上进行重建，并作相应的光照优化。 5.对单幅照片进行去噪声和形态学处理及归一化处理； 6.应用基于点分布模型的ASM算法。首先使用点分布模型对人脸图像进行特征点标定，以获得人脸形状的样本训练集；其次对训练集对齐后进行主元成分分析，并建立形状模型和灰度搜索模型； 7.由主动形状模型算法得到特征点坐标，再利用OpenGL绘制出三维人脸； 8.使用RBF插值函数获得非特征点的纹理坐标，将之前获得的二维照片特征点数据、三维模型特征点数据与所有三维模型网格顶点代入RBF插值函数获

7、得所有三维模型网格顶点的纹理坐标；然后使用OpenGL提供的纹理映射函数来实现三维人脸模型的映射。 9.用主动形状模型ASM对人脸特征点进行标定，获取训练样本特征点分布的统计信息以及特征点允许存在的变化方向。 10.对源图片进行预处理，从图片中获取人脸特征点数据，并保存人脸中的纹理信息。 11.将所提取的人脸特征点与标准人脸模型进行映射，建立与之对应的个性化人脸模型。 12.将图片中提取的纹理信息，利用openGL中的纹理映射技术对适配后的模型进行纹理映射，生成具有真实感的人脸模型。文献综述内容（与论文主题相关的国内外研究理论、研究方法、进展情况、存在问题、参考依据等）： 人脸是人体最具表达力

8、的部分，它具有个性化和多样化的特点。近年来，随着计算机图形技术的发展，三维人脸建模和表情动画成为计算机图形学领域的一个研究热点，受到了人们越来越多的关注。人脸建模和表情动画技术具有广泛的应用前景，可以被应用在虚拟现实、影视制作、人机交互界面、可视电话、视频会议、辅助教学、医学研究、游戏娱乐等诸多领域中，具有很强的应用价值。 由于人脸形状复杂，面部能够自由形变且有无数细微的皱纹，因此建立精确的人脸模型和真实感人脸非常困难。目前，用计算机合成真实感人脸己经取得了一些成就。Parker1'首先使用人脸参数模型生成了人脸图像;Platt2和Water'3等人提出使用肌肉模型来建立虚拟人

9、脸;Horace'4等人用两张正交照片合成了人脸;B 1 anz5s等人提出了一种基于统计归纳的人脸建模方法。最近又出现了用数字化仪器(如3D激光自动扫描仪、立体摄像机等)获取人脸全景轮廓信息，进行三维人脸重建，但这种方法需要昂贵的设备采集数据，离一般实用还有一定的距离。Pighin6等人开发了一套系统，通过多幅照片来进行人脸三维重构，最后可以生成具有相当真实感的三维人脸模型。微软研究院的Zhengyou Zhang7等人用人脸视频作为输入，用户只要在其中两帧中各标出5个特征点，就可以自动生成三维人脸模型。R. M. Koch8g等人使用有限元的方法，开发了一个可以进行面颅部外科手术计

10、划及手术后面部效果预测的原型系统。Volker Blanz等人9提出了一种新的基于统计的人脸建模方式。他们建立一个三维人脸库，对于一张正面人脸照片，用库中人脸模型线性组合的正面投影去逼近这张照片，当线性组合达到最优时，就得到一个新的人脸模型。2005年Machirajul0等人提出了一个在已知三维形状、纹理、姿态以及光照条件下从一幅图像获得人脸图像的方法，还提供了在变化光照条件下重建人脸模型的方法。参考文献1.Parkc F.Computcr generated animation of fxeesR.Technicxl Report, AD-762022,1972.1-872.Platt S

11、M,Badlcr NLAnimating facial expressions月.Computer Graphics, 1981;15(3):245-2523.Waters K.A muscle model for animating three-dimensional facialxprcssionJ.Computcr Graphics,1987;22(4):17-244.Horacc H S Ip，Yin Lijun.Constructing 3D Individualized HeadModel from Two Orthogonal Views田.The Visual Computer

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14、gery Using Finite Element Methods A, SIGGRAPH96Conference Proceedings, ACM SIGGRAPH, August 1996. 42I-428.9. Volker Blanz, Thomas Vetter, A Morphable Modle For The Synthesis of 3D Faces,SIGGRAPH 1999. 187-194.10. Lee, J., Machiraju, R.,Pfister, H., etc, Estimation of 3D Faces and Illumination from SinglePhotographs Using a Bilinear Illumination Model, Eurographics Symposium on Rendering(EGSR'OS), 2005:73-82说明：1. 学生应通过调研和资料搜集（要有10篇以上相关文章的阅读量），主动与指导教师讨论，在指导教师指导下完成开题报告。开题报告需经各系或论文指导小组讨论、学院教学指