基於改良式肌肉模型之表情動畫

Abstract

在計算機圖學領域裡，製作逼真的人臉模型及利用它們產生臉部表情動畫是一個熱門的研究領域，目前也還沒有一個好的解決方法。傳統上臉部塑形必須大費周章的以人力製作，並且在模型上加入特別的參數控制機制以便製作動畫。近年來，越來越多的研究開始使用三維掃描器來得到數位化的人臉模型，並且藉由人臉組織跟肌肉運動學特性的模擬，也得到了更真實的臉部表情動畫。然而，三維掃描器到目前為止，仍有一些實際應用上的缺點，需要以人工輔助修改模型，因此還需要一些改良的方法來建立適合合成臉部表情動畫的個人化模型。 在本論文中，我們提出一個基於解剖學結構的臉部模型建構及變形的方法，使之適合合成臉部表情動畫。在我們的臉部模型裡，頭骨結構具有頭顱重建上常用的標記資料及其表皮厚度資料，表皮上也有相對應的標記資料，我們利用這些資料作模型上的變形，這讓表皮與骨頭的位置有解剖學上的依據。頭骨及表皮上具有肌肉在其上的位置資訊，因此我們可以快速並自動在臉部模型上建立肌肉。而我們利用表皮上的MPEG4特徵點來獲得肌肉收縮值。我們可以藉由控制肌肉收縮來合成臉部表情。 再者將肌肉模型加於其他物體上，使得更多物體能產生表情動畫。 本論文的主要貢獻為下列兩點：第一，提出一個改良式肌肉模型來模擬真實人臉的細微表情變化；第二，我們將肌肉模型應用於卡通人物、動物以及物體，使得他們也會產生表情動畫。

Traditionally, facial models have been build painstakingly by manual digitization and animated by adding controlled facial mesh deformations. More recently, the 3D scanner has been used to digitize facial models and they have achieved more realistic animation through the dynamic simulation of facial tissues and muscles. We present a construction and deformation method for head models with anatomical structure, suitable for facial animation. Based on our facial modeling method, the skull is equipped with landmarks and skin thickness data. We also have the muscle attachment points on skull and insertion points on skin, which allows us to automatically construct muscles. Some feature points of MPEG4 on skin are used to get muscle contraction parameters. Our model is animated by using muscle contraction parameters. More objects achieve the expression animation by using our muscle model. The major contribution may be summarized as follow. First, we use an improved muscle model to achieve the subtle expression animation. Second, we also use these muscles to achieve the expression animation in cartoon characters, animals, and objects.