基于显著点匹配约束的二维/三维表面映射的研究

作     者：郭涵 

作者单位：济南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：孙元功;赵秀阳;黄世峰

授予年度：2019年

学科分类：1305[艺术学-设计学（可授艺术学、工学学位）] 13[艺术学] 08[工学] 080203[工学-机械设计及理论] 081304[工学-建筑技术科学] 0802[工学-机械工程] 0813[工学-建筑学] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：三维显著点 二维标志点 三维表面映射 二维稠密映射 三维可变模型拟合 面部置换 

摘      要：真实感渲染技术被广泛应用于计算机辅助设计、虚拟现实、电影特技制作和3D网络游戏开发等许多方面。为了在计算机上显示逼真的三维模型,通过表面映射来生成三维虚拟场景中真实感强的几何图形和图像。表面映射是指建立二维与三维或三维与三维之间建立一一对应关系,并极小化点对集合之间的某个度量,找到最佳对应关系,再将表面信息应用于映射中,是真实感渲染技术重要的技术。在视觉领域,三维人脸可变模型的拟合和二维面部图像换置是具有挑战的问题,在图形学工程中可以归结为如何寻找合适的映射问题。另外,提取显著点的工作是几何映射的首要工作。本文提出了一种基于双边滤波的三维显著点提取的方法。该方法利用双边滤波的方法,保留网格特征的同时去除网格中的噪声。不同于以往选择圆或球作为局部邻域的工作,提出了一种利用切平面选择局部邻域的新方法。实验结果表明该方法检测到的显著点在很大程度上符合人类的利益。为了适用于形状匹配和识别应用的显著点,本文还提出了一种基于多尺度双边滤波的三维显著点提取的方法,以获取更为精确的显著点。首先构造了一组不同密度的三角形网格;然后计算网格顶点的显著性,利用双边滤波同时考虑每个顶点及其邻域之间的空间相似性和几何相似性来消除噪声;再使用全局对比策略来归一化显著性;最后,合并聚类网格上检测到的所有显著点,结果表明,该方法检测到的显著点对两个三维模型的匹配和识别具有较好的效果。本文提出了一种基于显著点匹配约束的三维可变模型拟合。该方法应用于单张人脸图片拟合三维人脸模型,实现三维显著点和图像中的二维的标志点自动化对齐。首先初始化参数计算人脸平均模型;然后利用边缘演化进行二维标志点和三维显著点的对齐;再更新迭代标志点和脸颊边缘,优化混合目标函数来更新形状和姿态参数;最后,得到最终参数来拟合三维面部模型。通过二维标志点和三维显著点的自动对齐,虽然依赖于优化的参数,解决了二维与三维非刚性对齐中轮廓在参数变化下出现消失等问题。本文提出了一种基于三维可变模型的三维人脸表面映射的方法。该方法是将两个不同的三维面部模型映射到二维平面,将映射后的二维图形进行稠密对应。首先,利用平面参数化将三维面部模型参数化到二维平面,得到二维图形;然后,根据已知的两个图形中已知的对应关系,计算两个二维图形之间的仿射变换,从已知点对开始聚类,遵循一一匹配规则,将二维图形点间建立一对一的映射;最后,得到两个图形点之间的稠密对应关系,即可得到两个三维面部点之间的对应关系。这样不仅实现了三维面部模型表面映射,还可用于图像的面部置换,并输出较为真实的图像。