專利名稱：一種個(gè)性化三維動(dòng)漫的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種個(gè)性化三維動(dòng)漫的制作方法，屬于計(jì)算機(jī)動(dòng)漫技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著3D電影《阿凡達(dá)》在全球的熱播和票房的火爆，三維動(dòng)漫在國(guó)內(nèi)外也得到越 來越多的重視。皮克斯的最新3D力作《飛屋環(huán)游記》、《鬼媽媽》、《了不起的狐貍爸爸》，不論 從動(dòng)漫內(nèi)容上還是技術(shù)上，都呈現(xiàn)出比2D動(dòng)漫或劇情片更具吸引力的趕超趨勢(shì)。以個(gè)人用戶為動(dòng)漫主角的個(gè)性化三維動(dòng)漫，可廣泛應(yīng)用于兒童MV，藝術(shù)相冊(cè)，藝術(shù) 動(dòng)畫，情侶婚慶等市場(chǎng)，滿足人們對(duì)于個(gè)性化和差異化的追求，市場(chǎng)前景不可估量。然而，由于個(gè)性化三維動(dòng)漫面向的是個(gè)人用戶，因此需要針對(duì)每個(gè)用戶，建立該用 戶的人物模型，再將此人物模型融入到三維動(dòng)漫場(chǎng)景模型中進(jìn)行渲染，得到三維動(dòng)漫視頻。 這樣制作出來的個(gè)性化三維動(dòng)漫成本極高，動(dòng)輒數(shù)千元/秒的制作成本使得它難以成為個(gè) 人用戶的消費(fèi)選擇，目前尚無較好的替代方案或解決辦法。對(duì)大部分人來說，擁有一部“自 己主演的動(dòng)畫片”對(duì)于普通人來說依然是一個(gè)遙不可及的夢(mèng)想。另一方面，現(xiàn)有的三維動(dòng)漫制作主要通過造型技術(shù)來建立人物角色的模型，就是 以曲線、曲面等模型為基元，通過人工操作和組合，繪制出人物的模型。它涉及到大量枯燥 復(fù)雜的人工操作，成本高，制作時(shí)間長(zhǎng)，難以模擬人物的細(xì)節(jié)以及一些復(fù)雜的光照效果，并 且模型的真實(shí)感較差，與真實(shí)人物相去甚遠(yuǎn)，普通人一眼就能分辨出二者的差異。綜上所述，傳統(tǒng)的三維動(dòng)漫制作方法在面向個(gè)人用戶時(shí)制作成本高昂，制作時(shí)間 長(zhǎng)，真實(shí)感差，難以進(jìn)入個(gè)人消費(fèi)領(lǐng)域。因此，急需一種新型的、低成本、自動(dòng)化的個(gè)性化三 維動(dòng)漫制作方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服傳統(tǒng)的三維動(dòng)漫制作針對(duì)個(gè)人用戶進(jìn)行個(gè)性化定制中 的缺陷成本高昂，制作時(shí)間長(zhǎng)，真實(shí)感差，需要大量枯燥復(fù)雜的人工操作等等。為此，本發(fā) 明提出一種個(gè)性化三維動(dòng)漫的制作方法。采用本發(fā)明，可以極大地降低個(gè)性化三維動(dòng)漫的 制作成本和制作時(shí)間，且制作出來的三維動(dòng)漫人物真實(shí)感強(qiáng)，以較低的成本實(shí)現(xiàn)個(gè)性化三 維動(dòng)漫制作的簡(jiǎn)單化，批量化，快速化和自動(dòng)化。按照本發(fā)明提供的技術(shù)方案，所述個(gè)性化三維動(dòng)漫的制作方法包括如下步驟1)多視點(diǎn)真人頭部圖像的采集利用相機(jī)對(duì)個(gè)人用戶從多個(gè)不同角度進(jìn)行頭部的拍攝，獲取該用戶頭部的多視點(diǎn) 圖像；2)基于多視點(diǎn)圖像的三維真人頭像建模對(duì)所采集的多視點(diǎn)圖像，采用SIFT (Scale-invariant feature transform)技術(shù) 來獲取多視點(diǎn)圖像中的對(duì)應(yīng)特征點(diǎn)，以此特征點(diǎn)作為約束來恢復(fù)相機(jī)參數(shù)，并根據(jù)此相機(jī) 參數(shù)進(jìn)行射影重構(gòu)來修正特征點(diǎn)中的誤匹配對(duì)，得到稀疏點(diǎn)云模型；同時(shí)，以所述稀疏點(diǎn)云模型作為約束，進(jìn)行基于立體視覺的三維重建，并經(jīng)過融合，得到密集的點(diǎn)云模型，即三維 真人頭像模型；3)變姿態(tài)虛擬真人頭像的繪制對(duì)得到的密集點(diǎn)云模型進(jìn)行特征點(diǎn)的提取和特征點(diǎn)列的重采樣，然后進(jìn)行基于輪 廓的空間點(diǎn)三角化，再使用OpenGL(Open Graphics Library)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)重建目標(biāo)的三維顯 示，即虛擬真人頭像；4)個(gè)性化三維動(dòng)漫的合成對(duì)三維動(dòng)漫中的角色頭像信息進(jìn)行標(biāo)記，記錄角色頭像在視頻中的姿態(tài)、位置、大 小信息，結(jié)合變姿態(tài)虛擬頭像渲染技術(shù)，將具有動(dòng)漫角色的相同位置、姿態(tài)和大小的虛擬真 人頭像直接嵌入到動(dòng)漫視頻當(dāng)中，替換三維動(dòng)漫中的原角色頭像，實(shí)現(xiàn)虛擬真人頭像與三 維動(dòng)漫的無縫嵌入。所述基于多視點(diǎn)圖像的三維真人頭像建模的步驟為a)基于SIFT技術(shù)對(duì)多視點(diǎn)圖像的特征點(diǎn)抽取和匹配；b)利用RANSAC(RANdom SAmple Consensus)算法去除匹配結(jié)果中的野點(diǎn)；c)根據(jù)匹配結(jié)果進(jìn)行相機(jī)的自標(biāo)定，獲取相機(jī)內(nèi)參和外參；d)利用相機(jī)的參數(shù)，對(duì)特征點(diǎn)進(jìn)行射影重構(gòu)，來修正特征點(diǎn)中的誤匹配對(duì)，得到的 稀疏點(diǎn)云模型；e)以所述稀疏點(diǎn)云模型為基礎(chǔ)，進(jìn)行基于立體視覺的三維重建，對(duì)重建結(jié)果進(jìn)行 融合，得到密集的點(diǎn)云模型。所述變姿態(tài)虛擬真人頭像的繪制的步驟為a)對(duì)采集的多視點(diǎn)圖像進(jìn)行基于輪廓的特征提取；b)對(duì)提取出的多視點(diǎn)圖像的輪廓按創(chuàng)建polygonal-chain的方法，形成點(diǎn)列，并 對(duì)此點(diǎn)列進(jìn)行重采樣，以減少后續(xù)階段中處理的數(shù)據(jù)量；c)結(jié)合密集點(diǎn)云模型對(duì)重采樣后的點(diǎn)列進(jìn)行基于輪廓的空間點(diǎn)三角化，形成三角 面片；d)對(duì)所述三角面片進(jìn)行紋理抽取和貼圖；e)基于OpenGL技術(shù)的三角面片可視化，實(shí)現(xiàn)真人頭像的變姿態(tài)繪制。所述個(gè)性化三維動(dòng)漫的合成步驟為a)對(duì)三維動(dòng)漫中的角色頭像信息逐幀進(jìn)行標(biāo)記，記錄角色頭像在視頻中的姿態(tài)、 位置、大小信息；b)根據(jù)角色頭像的標(biāo)記信息，生成每個(gè)姿態(tài)下的虛擬真人頭像。c)以虛擬真人頭像來替換三維動(dòng)漫中當(dāng)前幀的角色頭像，所述虛擬真人頭像和角 色頭像具有相同位置、姿態(tài)和大?。籨)對(duì)替換后的幀進(jìn)行合成，生成所需的個(gè)性化三維動(dòng)漫視頻。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是1.基于民用級(jí)的攝像機(jī)或相機(jī)所獲取的多視點(diǎn)圖像和通用的硬件計(jì)算平臺(tái)，快速 構(gòu)建出數(shù)字化三維真人頭像模型，模型精度高，真實(shí)感強(qiáng)。2.除多視點(diǎn)圖像的采集和動(dòng)漫角色信息的標(biāo)定外，整個(gè)過程全自動(dòng)實(shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)個(gè) 性化三維動(dòng)漫制作的簡(jiǎn)單化，快速化和批量化。
5
3.無需復(fù)雜的人工建模操作，成本低，制作周期短，速度快。


圖1為本發(fā)明所述方法的流程圖。圖2為個(gè)性化三維動(dòng)漫真人頭像的合成。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。如圖1所示，本發(fā)明主要步驟如下1)多視點(diǎn)真人頭部圖像的采集利用民用級(jí)的相機(jī)，對(duì)個(gè)人用戶從多個(gè)不同角度進(jìn)行頭部的拍攝，獲取該用戶頭 部的多視點(diǎn)圖像。為實(shí)現(xiàn)較好的拍攝效果，可采取如下5P的拍照方案真人頭部的正對(duì)位置(正 位)1張；左正位2張，拍攝角度間隔為30度；右正位2張，拍攝角度間隔為30度；垂直方 向上下位置各一張，與正位的角度間隔均為30度。2)基于多視點(diǎn)圖像的三維真人頭像建模針對(duì)民用級(jí)的數(shù)碼相機(jī)所采集的多視點(diǎn)圖像，采用SIFT技術(shù)來獲取多視點(diǎn)圖像 中的對(duì)應(yīng)特征點(diǎn)，以此作為約束來恢復(fù)相機(jī)參數(shù)，并根據(jù)此參數(shù)進(jìn)行射影重構(gòu)來修正特征 點(diǎn)中的誤匹配對(duì)，得到的稀疏點(diǎn)云模型。同時(shí)，以此結(jié)果作為約束，進(jìn)行基于立體視覺的三 維重建，并經(jīng)過融合，得到密集的點(diǎn)云模型，具體步驟如下a)基于SIFT技術(shù)的多視點(diǎn)圖像的特征點(diǎn)抽取和匹配；b)利用RANSAC算法去除匹配結(jié)果中的野點(diǎn)；c)根據(jù)匹配結(jié)果進(jìn)行相機(jī)的自標(biāo)定，獲取相機(jī)內(nèi)參和外參；d)利用相機(jī)的參數(shù)，對(duì)特征點(diǎn)對(duì)進(jìn)行射影重構(gòu)，來修正特征點(diǎn)中的誤匹配對(duì)，得到 的稀疏點(diǎn)云模型；e)以稀疏點(diǎn)云模型為基礎(chǔ)，進(jìn)行基于立體視覺的三維重建，對(duì)重建結(jié)果進(jìn)行融合， 得到密集的點(diǎn)云模型。3)變姿態(tài)虛擬真人頭像的繪制對(duì)真人頭像建模得到的密集點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行特征點(diǎn)的提取和特征點(diǎn)列的重采樣，然 后進(jìn)行基于輪廓的空間點(diǎn)三角化，再使用OpenGL技術(shù)，實(shí)現(xiàn)重建目標(biāo)的三維顯示，具體步 驟如下a)對(duì)輸入多視點(diǎn)圖像進(jìn)行基于輪廓的特征提取；b)對(duì)提取出的多視點(diǎn)圖像的輪廓按創(chuàng)建polygonal-chain的方法，形成點(diǎn)列，并 對(duì)此點(diǎn)列進(jìn)行重采樣，以減少后續(xù)階段中處理的數(shù)據(jù)量；c)結(jié)合密集點(diǎn)云模型對(duì)重采樣后的點(diǎn)列進(jìn)行基于輪廓的空間點(diǎn)三角化，形成三角 面片；d)對(duì)三角面片進(jìn)行紋理抽取和貼圖；e)基于OpenGL技術(shù)的三角面片可視化，實(shí)現(xiàn)真人頭像的變姿態(tài)繪制。4)個(gè)性化三維動(dòng)漫的合成
6
對(duì)三維動(dòng)漫中的角色頭像信息進(jìn)行標(biāo)記，記錄其在視頻中的姿態(tài)、位置、大小等信 息，結(jié)合變姿態(tài)虛擬頭像渲染技術(shù)，將具有動(dòng)漫角色的相同位置和姿態(tài)的真人頭像直接嵌 入到動(dòng)漫視頻當(dāng)中，替換三維動(dòng)漫中的原角色頭像，實(shí)現(xiàn)真人頭像與三維動(dòng)漫的無縫嵌入。如圖2所示，具體步驟如下a)對(duì)三維動(dòng)漫中的角色頭像信息逐幀進(jìn)行標(biāo)記，記錄其在視頻中的姿態(tài)和位置等 fn息οb)根據(jù)角色頭像的標(biāo)記信息，生成該姿態(tài)下的虛擬真人頭像。c)以虛擬真人頭像來替換三維動(dòng)漫中當(dāng)前幀的角色頭像。d)對(duì)替換后的結(jié)果進(jìn)行合成，生成所需的個(gè)性化三維動(dòng)漫視頻。
權(quán)利要求
一種個(gè)性化三維動(dòng)漫的制作方法，其特征是所述方法包括如下步驟1)多視點(diǎn)真人頭部圖像的采集利用相機(jī)對(duì)個(gè)人用戶從多個(gè)不同角度進(jìn)行頭部的拍攝，獲取該用戶頭部的多視點(diǎn)圖像；2)基于多視點(diǎn)圖像的三維真人頭像建模對(duì)所采集的多視點(diǎn)圖像，采用SIFT技術(shù)來獲取多視點(diǎn)圖像中的對(duì)應(yīng)特征點(diǎn)，以此特征點(diǎn)作為約束來恢復(fù)相機(jī)參數(shù)，并根據(jù)此相機(jī)參數(shù)進(jìn)行射影重構(gòu)來修正特征點(diǎn)中的誤匹配對(duì)，得到稀疏點(diǎn)云模型；同時(shí)，以所述稀疏點(diǎn)云模型作為約束，進(jìn)行基于立體視覺的三維重建，并經(jīng)過融合，得到密集的點(diǎn)云模型，即三維真人頭像模型；3)變姿態(tài)虛擬真人頭像的繪制對(duì)得到的密集點(diǎn)云模型進(jìn)行特征點(diǎn)的提取和特征點(diǎn)列的重采樣，然后進(jìn)行基于輪廓的空間點(diǎn)三角化，再使用OpenGL技術(shù)，實(shí)現(xiàn)重建目標(biāo)的三維顯示，即虛擬真人頭像；4)個(gè)性化三維動(dòng)漫的合成對(duì)三維動(dòng)漫中的角色頭像信息進(jìn)行標(biāo)記，記錄角色頭像在視頻中的姿態(tài)、位置、大小信息，結(jié)合變姿態(tài)虛擬頭像渲染技術(shù)，將具有動(dòng)漫角色的相同位置、姿態(tài)和大小的虛擬真人頭像直接嵌入到動(dòng)漫視頻當(dāng)中，替換三維動(dòng)漫中的原角色頭像，實(shí)現(xiàn)虛擬真人頭像與三維動(dòng)漫的無縫嵌入。
2.如權(quán)利要求1所述個(gè)性化三維動(dòng)漫的制作方法，其特征是所述基于多視點(diǎn)圖像的三 維真人頭像建模的步驟為a)基于SIFT技術(shù)對(duì)多視點(diǎn)圖像的特征點(diǎn)抽取和匹配；b)利用RANSAC算法去除匹配結(jié)果中的野點(diǎn)；c)根據(jù)匹配結(jié)果進(jìn)行相機(jī)的自標(biāo)定，獲取相機(jī)內(nèi)參和外參；d)利用相機(jī)的參數(shù)，對(duì)特征點(diǎn)進(jìn)行射影重構(gòu)，來修正特征點(diǎn)中的誤匹配對(duì)，得到的稀疏 點(diǎn)云模型；e)以所述稀疏點(diǎn)云模型為基礎(chǔ)，進(jìn)行基于立體視覺的三維重建，對(duì)重建結(jié)果進(jìn)行融合， 得到密集的點(diǎn)云模型。
3.如權(quán)利要求1所述個(gè)性化三維動(dòng)漫的制作方法，其特征是所述變姿態(tài)虛擬真人頭像 的繪制的步驟為f)對(duì)采集的多視點(diǎn)圖像進(jìn)行基于輪廓的特征提??；g)對(duì)提取出的多視點(diǎn)圖像的輪廓按創(chuàng)建polygonal-chain的方法，形成點(diǎn)列，并對(duì)此 點(diǎn)列進(jìn)行重采樣，以減少后續(xù)階段中處理的數(shù)據(jù)量；h)結(jié)合密集點(diǎn)云模型對(duì)重采樣后的點(diǎn)列進(jìn)行基于輪廓的空間點(diǎn)三角化，形成三角面片；i)對(duì)所述三角面片進(jìn)行紋理抽取和貼圖；j)基于OpenGL技術(shù)的三角面片可視化，實(shí)現(xiàn)真人頭像的變姿態(tài)繪制。
4.如權(quán)利要求1所述個(gè)性化三維動(dòng)漫的制作方法，其特征是所述個(gè)性化三維動(dòng)漫的合 成步驟為a)對(duì)三維動(dòng)漫中的角色頭像信息逐幀進(jìn)行標(biāo)記，記錄角色頭像在視頻中的姿態(tài)、位置、 大小信息；b)根據(jù)角色頭像的標(biāo)記信息，生成每個(gè)姿態(tài)下的虛擬真人頭像。c)以虛擬真人頭像來替換三維動(dòng)漫中當(dāng)前幀的角色頭像，所述虛擬真人頭像和角色頭 像具有相同位置、姿態(tài)和大?。籨)對(duì)替換后的幀進(jìn)行合成，生成所需的個(gè)性化三維動(dòng)漫視頻。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種個(gè)性化三維動(dòng)漫的制作方法，步驟為首先進(jìn)行多視點(diǎn)真人頭部圖像的采集，然后基于多視點(diǎn)圖像的三維真人頭像建模，再進(jìn)行變姿態(tài)虛擬真人頭像的繪制，最后進(jìn)行個(gè)性化三維動(dòng)漫的合成。采用本發(fā)明，可以極大地降低個(gè)性化三維動(dòng)漫的制作成本和制作時(shí)間，且制作出來的三維動(dòng)漫人物真實(shí)感強(qiáng)，以較低的成本實(shí)現(xiàn)個(gè)性化三維動(dòng)漫制作的簡(jiǎn)單化，批量化，快速化和自動(dòng)化。
文檔編號(hào)G06T17/00GK101916456SQ20101025060
公開日2010年12月15日 申請(qǐng)日期2010年8月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月11日
發(fā)明者萬愛明, 徐秀兵, 李浩民 申請(qǐng)人:李浩民;徐秀兵