發(fā)布時間：2020-05-25 09:46

【摘要】：發(fā)型是人物形象的重要組成部分。在當今新興的虛擬現(xiàn)實與增強現(xiàn)實的應用中,實現(xiàn)與真實世界輸入相似的三維發(fā)型建模是一項艱巨的任務。由于發(fā)型的多樣性及其錯綜復雜的幾何結構,創(chuàng)建出完整的、逼真的虛擬三維發(fā)型模型是計算機圖形學研究中的一項挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的基于手工交互的發(fā)型建模方法需要專業(yè)的技能和繁重的人力勞動,因而無法適用于非專業(yè)用戶。基于圖像的發(fā)型建模研究由于輸入信息易于獲取,在近年來受到研究者的廣泛關注。早期的方法依賴于在受控環(huán)境中搭建復雜的采集設備從而獲得可信的重建結果,使得這類方法難以普及使用于實際應用。最先進的基于圖像的發(fā)型建模技術以人工合成建模數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)庫,為發(fā)型建模提供先驗幾何信息,以此彌補圖像輸入在維度上的信息不足,從而降低對輸入圖像質量和數(shù)量的要求,使得基于圖像的數(shù)據(jù)驅動發(fā)型建模方法更加的用戶友好,更加適用于消費級別的應用開發(fā)。然而這類數(shù)據(jù)驅動的方法通常需要大量存儲空間用于儲存數(shù)量不斷增加的數(shù)據(jù)庫模型,以適應現(xiàn)實世界中不斷變換的各式發(fā)型,同時需要大量運行時間用于最優(yōu)匹配候選搜索和進一步的模型優(yōu)化后處理。本文提出了三種實現(xiàn)三維發(fā)型建模的數(shù)據(jù)驅動方法,通過充分利用有限的數(shù)據(jù)庫發(fā)型資源,高效地創(chuàng)建出與真實世界輸入相似的、完整的、高質量的、發(fā)絲級別的三維發(fā)型模型,并且適應多種復雜發(fā)型建模的要求。這三種方法概括如下:·提出了一種基于四個視角圖像輸入的發(fā)型建模新方法。以前、后、左、右四個視角的發(fā)型圖像作為輸入,首先使用數(shù)據(jù)庫中的三維模型估計發(fā)型的輪廓模型,然后在輪廓模型表面以基于塊的方法合成發(fā)型紋理圖案,由發(fā)型紋理計算發(fā)絲生長方向,從而在輪廓模型體素中構建三維方向場。最后,沿著方向場從頭皮生長發(fā)絲,以實現(xiàn)三維發(fā)型建模,其結果與四視角輸入圖像中的發(fā)型對應相似。該方法不要求四視角圖像輸入來自同一發(fā)型,能夠通過選擇來自不同發(fā)型的四視角圖像創(chuàng)建出有趣的三維發(fā)型模型。·提出了一種基于單個深度彩色相機的全自動的數(shù)據(jù)驅動三維發(fā)型幾何建模方法。該方法所獲得的完整的、發(fā)絲級別的發(fā)型建模結果能夠與輸入序列圖像中的發(fā)型特征相吻合。該方法充分利用深度序列中所包含的幾何線索和三維發(fā)型數(shù)據(jù)庫中的匹配樣例,實現(xiàn)高度仿真的發(fā)型結構合成。方法的核心是基于局部相似性的樣例模型匹配搜索和三維發(fā)型結構合成算法,該算法能夠保證發(fā)型幾何結構、發(fā)絲走向與連接的合理性�！ぬ岢鲆粋�生成對抗網(wǎng)絡架構,以從單幅圖像中恢復三維發(fā)型結構。網(wǎng)絡目標為建立從二維發(fā)型特征映射到三維發(fā)型結構的參數(shù)空間轉換。該方法使用三維體積場來表示三維發(fā)型結構,體積場中包含發(fā)型的空間占有分布和發(fā)絲方向走勢信息。以單幅圖像作為輸入,首先將其與算法預定義的同一半身像模型對齊,并提取發(fā)型區(qū)域的二維方向場、置信度圖和人體半身像深度圖作為生成對抗網(wǎng)絡的輸入。然后使用生成網(wǎng)絡計算獲得發(fā)型結構的三維體積場來引導最終的發(fā)型合成。其建模結果不僅與輸入圖像中的發(fā)型相似,在其他視角下也具有許多生動的細節(jié)。
【圖文】：

圖１．１邋手工發(fā)型建模不例圖。（圖片來源：Ｎａｖｅｒ．ｃｏｍ）逡逑傳統(tǒng)的基于手工交互的發(fā)型建模方法需要專業(yè)的建模技能、繁雜的交互過程（如逡逑圖１．１），無法適用于非專業(yè)的終端用戶。而基于圖像的發(fā)型建模研究，由于照片信逡逑息易于獲取，因而在近幾年中受到了研宄者的廣泛關注，并取得了令人鼓舞的進展。逡逑早期的基于圖像的發(fā)型建模方法依賴于在受控環(huán)境中搭建復雜昂貴的采集設備（如逡逑圖１．２所示），，從而獲得可信的重建結果，其對于設備、環(huán)境、照片質量的苛刻要求及逡逑１逡逑

然而，由于現(xiàn)實發(fā)型的多樣性及其錯綜復雜的幾何結構，創(chuàng)建出完整的、高質逡逑量的虛擬三維發(fā)型建模一直是圖形學研究中的一項重大挑戰(zhàn)。逡逑圖１．１邋手工發(fā)型建模不例圖。（圖片來源：Ｎａｖｅｒ．ｃｏｍ）逡逑傳統(tǒng)的基于手工交互的發(fā)型建模方法需要專業(yè)的建模技能、繁雜的交互過程（如逡逑圖１．１），無法適用于非專業(yè)的終端用戶。而基于圖像的發(fā)型建模研究，由于照片信逡逑息易于獲取，因而在近幾年中受到了研宄者的廣泛關注，并取得了令人鼓舞的進展。逡逑早期的基于圖像的發(fā)型建模方法依賴于在受控環(huán)境中搭建復雜昂貴的采集設備（如逡逑圖１．２所示），從而獲得可信的重建結果，其對于設備、環(huán)境、照片質量的苛刻要求及逡逑１逡逑
【學位授予單位】：浙江大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TP391.41;TP391.9

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本文編號：2679964