三維時變幾何模型的編輯方法研究

《三維時變幾何模型的編輯方法研究》是依託浙江大學，由翁彥琳擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：三維時變幾何模型的編輯方法研究
• 依託單位：浙江大學
• 項目負責人：翁彥琳
• 項目類別：青年科學基金項目

項目摘要

近年來，研究者們通過物理仿真和各種採集裝置獲取真實物體的形變動畫數據，生成了大量的三維時變幾何模型。雖然三維靜態幾何模型的編輯算法已經發展得比較成熟，三維時變幾何模型編輯的研究在國際上還處於起步階段，還存在著大量的科學和工程技術問題。本項目旨在研究三維時變幾何模型編輯的關鍵算法。首先，我們要建立三維時變幾何模型的時空微分域表達，研究基於該表達的能同時保持空間幾何細節和時間運動細節的，並能滿足各種幾何和物理約束的編輯框架；為了能處理高度複雜的三維模型並且提高動畫編輯結果的生成速度，我們還要研究基於外存和多層次加速的動畫最佳化算法。其次，我們要研究高效快捷的三維互動算法來提高動畫編輯的效率，其中主要解決如何利用筆畫操作來修改控制句柄的平移和旋轉軌跡。最後，我們還將研究多個三維時變幾何模型的形變動畫融合算法。

結題摘要

本項目研究了三維時變幾何對象的編輯和處理方法，在基於筆畫操作的動畫編輯、三維毛髮建模方法、人臉實時動畫技術等方面取得了多項創新成果。三年來，總計在計算機圖形學頂級期刊ACM Transactions on Graphics上發表論文3篇，在IEEE TVCG上錄用論文1篇，在Computer Graphics Forum上發表論文2篇，在其他SCI期刊上發表（含錄用）論文4篇，申請國家發明專利授權4項。 在項目實施期間，項目負責人獲得了浙江大學“求是青年學者”稱號，並通過了副教授晉升評審。 下面是項目取得幾個代表性成果： （1）提出了基於筆畫操作的動畫編輯算法，使得普通用戶可以通過在球面上用筆畫操作來修改旋轉角速度的方向軌跡，同時可以在一個二維坐標系下用筆畫來修改旋轉角速度的幅度軌跡。開發的編輯工具能大大提高旋轉編輯的效率。 （2）提出了對單幅人物肖像圖像進行頭髮建模與肖像編輯的方法。該方法可對輸入圖像中人物髮型、頭部等部分進行三維重建，僅需要少量的用戶輸入即可實現多種肖像編輯功能；提出了從視頻數據中構建三維動態頭髮模型的方法，從而支持對視頻中的肖像進行編輯。 （3）提出了基於最優質量傳輸的在複雜幾何模型之間建立對應關係的方法。基於該方法，我們設計了在三維頭髮模型之間進行插值的算法，以及在距離場模型之間進行形變動畫的算法。 （4）構建了適合於可視計算套用的三維人臉表情資料庫；使用該資料庫，提出了一種基於三維形狀回歸的實時人臉跟蹤和動畫算法。該算法只需要一個普通網路攝像機，可以實時計算人臉特徵點的準確位置。基於這些特徵點位置，可以實時提取用戶的頭部運動、表情參數。與當前最先進的人臉跟蹤算法相比，該算法可以更好地處理頭部的快速運動和非正視人臉，以及各種誇張表情；進一步提出了一種表情參數回歸算法來提高人臉跟蹤和動畫的速度。算法可以直接在移動手機上運行。