文档介绍：工学硕士学位论文
基于 PDE 的 3D 人脸建模及表情分析研究
RESEARCH ON FACIAL EXPRESSION BASED
ON 3D HUMAN FACIAL MODEL OF PDE
弓建仁
哈尔滨工业大学
2011 年 12 月
国内图书分类号:TP751 学校代码:10213
国际图书分类号: 密级: 公开
工学硕士学位论文
基于 PDE 的 3D 人脸建模及表情分析研究
硕士研究生: 弓建仁
导师: 林文浩副教授
申请学位: 工学硕士
学科: 计算机科学与技术
所在单位: 深圳研究生院
答辩日期: 2011 年 12 月
授予学位单位: 哈尔滨工业大学
Classified Index: TP751
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Dissertation for the Master Degree in Engineering
RESEARCH ON FACIAL EXPRESSION BASED
ON 3D HUMAN FACIAL MODEL OF PDE
Candidate: Gong Jianren
Supervisor: Prof. Lin Wenhao
Academic Degree Applied for: Master of Engineering
Specialty: Computer Science and Technology
Affiliation: Shenzhen Graduate School
Date of Defence: December, 2011
Degree-Conferring-Institution: Harbin Institute of Technology
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文
摘要
本文研究了基于偏微分方程(Partial Differential Equations PDE)的 3D 人
脸表情建模的问题。3D 人脸表情的研究由来已久,人们也创建了很多的模型,
如基于肌肉骨骼运动的网格模型能模拟出逼真的人脸表情,直接数据驱动模
型能够快速的产生逼真的人脸表情。这些人脸表情也在诸多场合有着广泛的
应用。但是,这些模型还是表现出了一些让人失望的缺点,突出的表现在这
些模型无法同时满足普适性、逼真性、高效性和自动性。而这些特征又是评
价模型好坏的重要标志。基于 PDE 的 3D 人脸表情模型是从 PDE 所具有的优
势和当前人脸模型不足的现状结合产生的。PDE 模型的源数据是 3D 点云数
据,比从 2D 图像得到的图像更精确也更具有自动性(2D 图像需要进行 3D 数
据重建,这个过程往往需要手工干预);PDE 模型的参数只与人脸数据曲线有
关,适用范围更广;PDE 具有局部特征保持性,不会模糊边界,更能达到逼
真效果;PDE 模型的边界曲线选取是交叉选取的,能达到局部区域衔接的光
滑性;只需要四条边界曲线就可以表示一个 PDE 模型,只需要少量的计算就
可以建立一个 PDE 模型。经过大量的实验仿真,本人利用 85 个 PDE 模型表
示一张人脸,在表示精度和建模时间上,确实比其它模型提高不少。在 PDE
模型的基础上对人脸表情差异进行分析及合成是本论文的一个应用,实验结
果和结论都有介绍。
本文从建立 PDE 模型的 3D 点云数据选取出发,沿着 PDE 模型建立的步
骤进行阐述,一直达到完成 PDE 模型的完全建立。分别介绍了数据采集、数
据规范化、PDE 边界曲线提取、PDE 参数的计算和 PDE 模型表情分析等几个
模块。期间,本论文在数据规范化中提出了基于混合方法的点云数据对齐的
创新算法;把 fast-marching(快速行进)算法应用到边界曲线提取中来;提出
了用 85 个 PDE 来表示一张人脸表情曲面的新观点;此外,本论文还对基于
PDE 人脸表情差异进行了分析和研究。这一系列的算法和思想都将在本论文
中描述。
关键词:PDE;3D 人脸表情建模;快速行进法
I
哈尔滨工业大学工学硕士学位论文
Abstract
The problem of 3D human facial expression modeling based on Partial
Differential Equa