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3D可视化言语表达和情感模拟研究

3D可视化言语表达和情感模拟研究

作者：于俊兰州大学

学位级别：硕士

语音可视化是语音合成研究领域中的一项重要的分支,具有真实感的3D人脸模型是实现言语表达和情感模拟动画的基础和前提,同样也是计算机图形学、计算机视觉、人机交互等领域中非常重要的和非常活跃的热点研究课题。合成具有真实感视觉方... 详细信息

语音可视化是语音合成研究领域中的一项重要的分支,具有真实感的3D人脸模型是实现言语表达和情感模拟动画的基础和前提,同样也是计算机图形学、计算机视觉、人机交互等领域中非常重要的和非常活跃的热点研究课题。合成具有真实感视觉方面的3D人脸模型是现阶段国内外的许多专家学者的难点所在。这是因为人脸生理结构的复杂度,人脸说话口型的多样性,人脸表情运动的微妙性,口型动作与文本或声音的复杂的映射建模等都是具有挑战性的研究。本文在前人研究的基础上结合语言学和计算机图形学的知识,建立一个文本驱动的带说话、嘴部动作、韵律和面部表情等的3D说话人头像动画模型。该模型具有真实感好、言语表达和情感模拟性逼真、自动化等优点,在电影特效、广告动画、计算机游戏和言语康复训练以及虚拟教学和视频会议等领域都有重要的应用前景。本文使用直接面部跟踪技术,以美国的NaturalPoint公司旗下的Optitrack系统采集真实人脸部运动数据的三维信息。该系统有六个红外摄像机和配套的软件Arena组成,用来跟踪真实人说话时贴在脸部的markers点运动位置。首先将得到的三维运动信息提出得到运动特征点的三维坐标,其次将经过处理的三维坐标点映射到人脸模型特征点坐标系中来驱动虚拟的3D人脸模型。文章中3D虚拟人脸模型分成几个运动相对独立的功能区域,使用狄利克雷自由变形算法dffd和刚体的旋转平移变换上的控制点的移动来驱动3D说话人模型,通过不同功能区域交叉控制点,模拟不同功能区的相互影响。通过Visual Studio 2010 C/C++编程,并用开放的图形接口OpenGL添加光照,纹理映射等信息显示出来。本文中的言语表达和情感模拟分别采集不同的真实人的脸部运动信息来驱动。言语表达采集中性的文本语音数据,然而情感模拟的数据需要采集专业表演人员的带有感情色彩的语句。与此同时采集并处理对应的语音信息,作为音视频对照和同步以及可视化语音识别的一个研究方向。接着本文设计了人工实验来对对模拟出来的言语和情感效果进行验证以及评价。最后,我们对本文的研究工作做了总结,并对当前存在的不足和问题进行了分析和展望,并对未来的可能的研究方向做了憧憬。

关键词：语音可视化言语表达情感模拟虚拟教学 dffd OpenGL

基于MPEG-4的真实感三维人脸动画实现方法

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基于MPEG-4的真实感三维人脸动画实现方法

作者：蒋秀凤电子科技大学

学位级别：硕士

具有真实感的三维人脸动画是计算机图形学研究的一个重要分支,近30年来一直是研究的热点。真实感三维人脸合成技术的应用范围非常广泛,其成果可以应用于虚拟主持人、虚拟会议、辅助教学、医疗研究、电影制作、游戏娱乐等等,具有重大的... 详细信息

具有真实感的三维人脸动画是计算机图形学研究的一个重要分支,近30年来一直是研究的热点。真实感三维人脸合成技术的应用范围非常广泛,其成果可以应用于虚拟主持人、虚拟会议、辅助教学、医疗研究、电影制作、游戏娱乐等等,具有重大的理论意义和应用价值。实现真实感人脸动画的难点主要有两个:构建一个好的人脸模型和产生具有真实感的人表情。产生具有真实感的人脸表情和动作,关键在于如何在三维人脸模型上实时地模拟人脸的运动。本文在MPEG-4的三维人脸动画原理的基础上提出一种新的基于MPEG-4的、适宜于任意拓扑结构模型的三维人脸动画实现方法。这种方法能够在连续FAP帧的驱动下实现真实感较强的三维人脸动画,该方法数据量小,适合于网络传输,而且具有数据通用性强,计算复杂度低,实时性强,操作简单等诸多优点。构建好的人脸模型是实现人脸动画的另一个难点。本文提出了一种新的建模思想:随机生成大量不同的,区别明显的三维人脸模型,用户可以保存自己喜欢的模型,并允许对其进行少量的细微调整,从而大量减轻用户建模的难度及工作量。基于dffd变形算法,本文实现了这一建模思想。文中对用于变形的通用人脸模型及用于变形的控制点进行了合理的设计,使用该方法能够随机生成真实感较强的,相互区别较明显的人脸模型。

关键词：三维人脸动画三维人脸建模 MPEG-4 FAP帧 dffd

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固定义齿CAD/CAM若干关键技术研究

固定义齿CAD/CAM若干关键技术研究

作者：王维桢天津大学

学位级别：硕士

为研制具有自主知识产权的义齿CAD/CAM系统,本文在前期成果的基础上,对固定义齿CAD/CAM的若干关键技术展开研究,全文研究内容如下:从口腔解剖生理学和CAD技术本身出发,分析牙齿间的相互约束关系,提出了使用邻牙特征点作为约束条件;基于D... 详细信息

为研制具有自主知识产权的义齿CAD/CAM系统,本文在前期成果的基础上,对固定义齿CAD/CAM的若干关键技术展开研究,全文研究内容如下:从口腔解剖生理学和CAD技术本身出发,分析牙齿间的相互约束关系,提出了使用邻牙特征点作为约束条件;基于dffd变形方法,依据牙齿自身特征,提出构建合适的控制框架模型,从而构造合适的变形公式。然后将标准牙相应特征点移动到约束位置上,利用最小二乘法反求控制框架的变动,通过变形公式达到约束变形的目的,给出了一个变形实例。利用对基于Cao En曲面的NURBS局部变形方法加以改进的办法对牙冠进行局部变形,提出将控制向量取为曲面上变形中心点处的法矢量,影响区域为关该点所在的特征域,该方法在控制区域的中心形变幅度最大而在控制区域的边缘不发生形变,并且在控制区域内从中心到边缘变形的幅度平滑减小,给出了一个变形实例。通过比较分析,设计与根管同形状的牙桩,对牙齿进行了逆向重构,并且建立了有限元模型。对使用该形状不同长度的桩时牙体的受力做出了分析,评价分析结果给出了使用该种牙桩的优劣性,证明该种方法可能存在的问题仍然比较多,需要更进一步地解决。论文最后归纳全文,并对下一步工作提出展望。

关键词：固定义齿 CAD/CAM 约束变形 dffd 牙桩设计

基于普通话发音气流建模的3D说话人系统设计与实现

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基于普通话发音气流建模的3D说话人系统设计与实现

作者：周颖武汉理工大学

学位级别：硕士

不同辅音的发音动作在观感上极容易混淆,普通话学习者难以从发音动作上分辨。因此,研究一种基于Navier-Stokes方程的语音可视化方法,使得易混淆辅音的区分度更高,对学习辅音具有重要意义。本文统计分析了易混淆辅音气流参数的差异性;重... 详细信息

不同辅音的发音动作在观感上极容易混淆,普通话学习者难以从发音动作上分辨。因此,研究一种基于Navier-Stokes方程的语音可视化方法,使得易混淆辅音的区分度更高,对学习辅音具有重要意义。本文统计分析了易混淆辅音气流参数的差异性;重点设计实现了基于Navier-Stokes方程的发音气流可视化模型,结合dffd算法实现了模拟发音气流运动动画和发音器官运动动画的3D说话人,并基于3D说话人设计实现了普通话发音教学软件。本文的特色之处是模拟普通话发音过程中气流的运动过程,并进行动画显示,依此设计实现的3D说话人在模拟辅音发音时,提高了易混淆辅音的辨识度。本文主要研究工作为:(1)完成了普通话发音气流数据采集与处理分析。完成了普通话发音气流数据采集与处理分析流程框图设计,选取气流持续时间、气流峰值速率和气流量等气流特征变量作为区分易混淆辅音的特征参数,基于语音端点检测进行音节切分,完成了声韵切分,统计分析气流参数,实现发音气流波形仿真。(2)完成了普通话发音气流可视化建模与仿真分析。完成了普通话发音气流可视化建模流程设计;基于Navier-Stokes方程,求解发音气流运动的速度场和密度场,通过普通话辅音发音气流参数求解速度场和密度场的外力分量,采用后向差分法求解扩散分量,用线性插值法求解速度场和密度场在速度作用下的水平对流分量,实现发音气流运动建模;完成普通话发音气流可视化仿真。(3)设计实现了基于发音气流建模的3D说话人系统。基于dffd算法和发音气流建模方法,通过EMA数据驱动3D说话人动画模型,通过PAS设备采集的发音气流数据驱动发音气流动画模型,实现了显示发音器官运动动画、操作3D说话人模型、操作控制点和显示发音气流速度场和密度场等功能,与不带发音气流信息的3D说话人对比,本文实现的3D说话人对易混淆辅音有更高的辨识度;设计了眼动实验分析3D说话人发音效果。(4)设计实现了普通话发音教学系统软件。完成了普通话发音教学系统软件的整体架构和总体功能设计;设计实现了用户信息管理模块、基于3D说话人的发音练习模块和听力练习模块;完成了系统功能模块的测试。

关键词：发音气流建模 Navier-Stokes方程 dffd 3D说话人发音教学系统

基于MPEG-4的三维人脸动画的设计与实现

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基于MPEG-4的三维人脸动画的设计与实现

作者：曾伟电子科技大学

学位级别：硕士

计算机多媒体发展趋势要求计算机与人能进行更为直接明了的交流，其中具有真实感的三维人脸建模和动画一直是计算机图形学和人机交互中非常活跃的研究领域，它在电影制作、计算机游戏、视频会议、人机接口等领域都有广泛的应用。本文的... 详细信息

计算机多媒体发展趋势要求计算机与人能进行更为直接明了的交流，其中具有真实感的三维人脸建模和动画一直是计算机图形学和人机交互中非常活跃的研究领域，它在电影制作、计算机游戏、视频会议、人机接口等领域都有广泛的应用。本文的工作主要包括两个方面的内容：三维人脸建模和三维人脸动画的研究与实现。在人脸建模方面，本文参考了已有的算法，在此基础上本文提出了模块化的建模思想：首先，建立一个原始的中性人脸模型;然后根据面部器官对中性人脸模型进行功能区划分，在功能分区后的人脸模型上选择网格顶点作为人脸模型变形的控制点，然后使用改进后的dffd算法，变形生成可定制的人脸模型;最后随机生成多个具备差异性的人脸模型供实验者选择。这种建模方法可以极大的减少算法的计算量、精确控制面部器官的形变过程从而建立更加逼真的人脸模型，同时有利于软件原型实现的模块化。在人脸动画方面，本文在MPEG-4人脸模型定义规范和动画驱动原理的基础上，首先设计了分层次的FAP驱动方案，并且扩充了人脸动画定义表;然后将人脸动画划分为刚体运动和肌肤纹理运动，这种动画实现方法能对真实人脸动作进行逼真的模拟;使用了带掩码的FAP帧并对FAP中间帧进行计算和插值以减少动画驱动的数据量。使用COM的传输模型可以让实验者勿需过多考虑底层细节。这种人脸动画驱动模拟方案能实现较生动的面部表情。最后本文实现了一个基于MPEG-4的三维人脸动画软件原型，该原型在FDP人脸特征化和FAP流的驱动下，实现和模拟了人脸面部的表情和动作。

关键词： MPEG-4 FAP dffd 三维人脸动画

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真实感三维人脸建模技术研究与实现

真实感三维人脸建模技术研究与实现

作者：毛勇华西北大学

学位级别：硕士

人脸在人类情感交流中起着决定性作用。随着数字化技术应用的普及和硬件技术的飞速发展,迫切要求能够更快速、更逼真的创建三维人脸模型。本文结合人脸结构生理学基础,定义人脸的特征点集;研究并实现了人脸照片的特征提取、纹理融合与映... 详细信息

人脸在人类情感交流中起着决定性作用。随着数字化技术应用的普及和硬件技术的飞速发展,迫切要求能够更快速、更逼真的创建三维人脸模型。本文结合人脸结构生理学基础,定义人脸的特征点集;研究并实现了人脸照片的特征提取、纹理融合与映射;提出了一种基于数据规范化的特定人脸生成方法,实现了真实感人脸建模系统及其功能应用。本文的主要研究内容包括： 1.实现了人脸特征点标定。从人脸部的结构生理特征出发,参照MPEG-4标准中定义的FDP人脸参数信息,结合本文三维人脸建模的实际需要,取定54个点作为人脸特征点集合。 2.研究了人脸照片特征提取方法。聚类分析与二值化处理,结合积分投影方法,实现了人脸特征区域与特征点的自动标定,改进与简化了二维照片的特征提取实现过程。 3.提出了三维人脸整体变形的方法。该方法通过CT切片数据进行预处理,采用MC算法实现三维人脸重构,结合重建模型的外形尺寸与二维照片的测量数据来调整通用人脸模型外形尺寸与五官位置,实现了通用人脸模型的整体变形。 4.研究了三维人脸局部变形的方法。通用人脸模型与重建模型采用ICP算法配准对齐,根据配准结果采用dffd算法对通用人脸模型进行局部变形调整,将经迭代配准调整后的通用人脸模型作为生成的特征人脸模型。 5.实现了三维人脸的纹理贴图。对拉普拉斯图像塔形分解方法进行改进,三张人脸正侧面二维照片的拼接缝,并融合生成了全视角取纹理图,同时采用柱面映射的方法完成了三维人脸的真实感处理。 6.真实三维人脸模型系统的实现。将二维照片特征点的手工标定与部分特征点的自动标定、图像拼接与融合、CT切片数据的三维重建、通用人脸模型配准与变形、生成真实感三维人脸模型等相关算法集成应用,设计并实现了真实感人脸模型系统。本研究获到国家自然科学基金“颅面形态学和颅面重构的研究”（60736008）重点项目的支持。

关键词：特征点提取三维人脸建模 ICP配准 dffd 真实感纹理映射