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人体头部三维模型动画

1。介绍

MPEG-4的原上海帝人制机[ 1 ]辨别编码新方法人的头基对其建模和动画[ 2 ][ 3 ]。《enables动画的3D模型的局部运动医学杂志城市人的头用动画参数包括它的全球运动。《动画参数可以他们是生synthetically或的结果分析真正的人的头。我作为全球运动旋转和翻译在人类头上的videosequence也有“这是局部运动引起的mimic A市的脸。《典型案例的局部运动的

人的脑袋是开口，由其产生的演讲。然后，在基于模型的动画人的头[ 4 ] generates编码的局部运动的三维模型。不同的表达式的合成，对人的头编码是一个重要方的标准MPEG-4原上海帝人制机，这允许这样的高级应用AS通信用的cloned或虚拟人的头。《大学mimic或局部运动的三维模型的人头可以classically expressed clipand的方法。浆[ 5 ]，其中结构三维模型冰槽变形。第一个特征的纹理像一方嘴和眼睛的人，脸是切断从videosequence帧的输入。《大学的局部变化人的头上，这participate动画，有两个在两个方面expressed纹理。我们可以看到纹理作为一个图像的方脸的人意味什么？矢量量化器的[ 6 ]可以使用其编码。《

码书矢量量化器的《大学involves模板《方与不同的表达式。然后采用《城市法典我们可以预订“Generate有限数可能的表达式“党的合成人的头。享受复杂的表达式的一部分，但不为全合成城市是人类生头组合several模板从不同的码书的方其中有两个是被两个解码器。因此代码的书籍，包括《大模板的号码》，方法夹冰浆槽和很好的低比特率编码的人的头。在“表达式有加两个地方糊在右帧的合成什么是不简单的解决方案。小inaccuracy其平衡

pasting affects忙碌在合成帧。一个更好的从这个点解冰mimic表达城市景观动画学院的人体三维模型的基础上的头上。特征提取和跟踪[ 7 ]。重要的特征。样点，edges和contours皇家学院在人的头“输入videosequence可以提取的deformable模板[ 8 ]方或由其市的应用主成分分析在[ 9 ]酮类化合物。光流场方法[ 10 ]，[ 11 ]使用的参数化三维模型的enables头包括人的需要银行提取的特征对其动画。

关键词

动画，三维人体模型的动画参数，头全局运动、局部运动，光流场，估计。

1。介绍

MPEG-4的原上海帝人制机[ 1 ]辨别编码新方法人的头基对其建模和动画[ 2 ][ 3 ]。《enables动画的3D模型的局部运动医学杂志城市人的头用动画参数包括它的全球运动。《动画参数可以他们是生synthetically或的结果分析真正的人的头。我作为全球运动旋转和翻译在人类头上的输入videosequence也有“这是局部运动引起的mimic A市的脸。《典型案例的局部运动的人的脑袋是开口，由其产生的演讲。然后，在基于模型的动画人的头[ 4 ] generates编码的局部运动的三维模型不同的表达式的合成，对人的头言语和nonverbal通信。的方法编码是一个重要方的标准MPEG-4原上海帝人制机，这允许这样的高级应用AS通信用的cloned或虚拟人的头。《大学mimic或局部运动的三维模型的人头可以classically expressed clipand的方法。其中结构三维模型冰槽变形。第一个特征的纹理像一方嘴和眼睛的人，脸是切断从

videosequence帧的输入。《大学的局部变化人的头上，这participate动画，有两个在两个面expressed纹理。我们可以看到纹理作为一个图像的方脸的人意味什么？矢量量化器的[ 6 ]可以使用其编码。码书矢量量化器的大学involves模板方与不同的表达式。然后采用《城市法典》我们可以预订“Generate有限数可能的表达式“党的合成人的头。享受复杂的表达式的一部分，但不为全合成城市是人类生头组合several模板从不同的码书的方其中有两个是被两个解码器。因此代码的书籍，包括《大模板的号码》，方法夹冰浆槽和很好的低比特率

编码的人的头。在“表达式有加两个地方糊在右帧的合成什么是不简单的解决方案。小inaccuracy其平衡pasting affects忙碌在合成帧。一个更好的从这个点解冰mimic表达城市景观动画学院的人体三维模型的基础上的头上。特征提取和跟踪[ 7 ]。重要的特征。样点，edges和contours皇家学院在人的头“输入videosequence可以提取的deformable模板[ 8 ]方或由其市的应用主成分分析在[ 9 ]酮类化合物。《光流场方法[ 10 ]，[ 11 ]使用的参数化三维模型的enables头包括人的需要银行提取的特征对其动画。

2。参数化三维模型Candide

每个顶点M =（H，V，R）T三维模型Candide [ 12 在模型坐标系中具有初始位置（MCS）的水平定义（H），垂直（V）和深度（R）坐标。它的所有顶点的坐标归一化最大值1。三维的优点模型Candide是其可用性和主要的简单无线电工程，16卷，1号，2007四月59称为相对少量的顶点和多边形。下一个优点是几乎所有的特征点在标准的MPEG-4 SNHC定义人的头在3D模型Candide对应顶点。三维模型Candide是由以下参数方程XX我们洼（1）其中X是由三维的3N维向量它的n个顶点的坐标，⎯X是在最初的三维模型位置，矩阵的形状单位，矩阵的矩阵动画单元，你的整形参数，和动画参数。矩阵的列数和一个依赖关于塑造和动画的数量，分别为。塑造与动画的区别单位是塑造单位定义的变形几何形状的三维模型，动画人单位定义它的局部运动依赖于模仿真正的人类头。对于三维模型的全局运动老实人的旋转和其所有顶点翻译了还需要进一步的7个参数。然后方程（1）的变化如下在nu;是一个全局运动参数向量刻度。改变形状的维模型的老实人可以进行使用的整形单元（苏）该号码是14。每一个苏都贴上了它的名字从几何造型。三维模型可以解释人的动画不同局部运动。在一般的地方运动可以被动画单位（非盟）的数字是11。每一个非盟是由它的名字来自于局部运动，是由一组顶点定义，使选定的动画。非盟的顶点有动画载体，表示最大变化Delta;H，Delta;V，从最初的坐标位置在MCS。1A，C为三维模型Candide顶点被概述与他们的动画载体非盟“提高上嘴唇”和“下降的下巴”。这个最大变化的动画载体的组成部分显示在标签。1和2，分别为金，分别为。在哪里是动画参数，它有从区间Wisin;lt; 0,1 gt;值，确定的数量从最初的值（小时，五，研发）的变化。这意味着每个非盟有一个动画参数，通过使用它所有顶点当前受影响。在图动画三维模型Candide是以金“升降上唇”和图1滴金“下巴”假设最大值= 1为非盟。对于三维模型Candide动画是可能的使用几个非盟，它的不同部分动画。结果这样一个组合之前，给定的互惠是一综合表达分析表明，fig.1e。此外，双顶点的一个金可以属于不同的动画载体，从中，一个非盟可以解释更多表达的人的头部。事实证明了简单的例子，当非盟关闭盖子将是相同的，因为它完全关闭的盟他们的动画载体是不同的。

3。小局部运动动画

老实的三维模型的局部运动的定义是非盟，这是由动画参数的影响接下来，我们推导出一个公式估计任何非盟假设的动画参数的小连续帧间的局部运动。第一框架是一个参考帧下，三维模型Candide和相机校准和地方运动的描述由方程（4）。非盟的所有顶点可以考虑的点的估计的功能的和他们的预测框架为特征点。动画功能的坐标顶点变换后的相机坐标系统（CCS）[ 13 ]会在那里我=（i-i0），J =（j-j0）为中心的坐标帧中的特征点。方程（10）和（11）是一个非光学矢量分量的线性相关动画参数化的流假设小连续帧间的局部运动（1）和大距离D的相机从老实人的三维模型相比于它的深度坐标系的研究方程（10）和（11）是有效的然后从式（15）的动画参数W小局部运动可以直接计算。为了更好的估计在动画参数中，需要使用更多的特征点以上所有的非盟有更大数量的三维模型顶点的人。矩阵形式的方程（15）N特征点可以写如下对于特征点PK成员，k = 1,2，hellip;，在的最小二乘法（LSM）基础上的解决方案方程（16）的小地方的动画参数W运动将导出的方程（22）的动画参数估计大局部运动的形式是一样的式（17）只适用于小的局部运动。在式（22）此外，有关本地运动的信息从以前的帧，使估计的大局部运动的动画参数较少误差。然后通过应用多个迭代通过预测反馈图是可能的提高动画的估计精度参数W根据光流场的估计结果式（17）和（22）是动画参数W对给定的局部运动实现的非盟。算法本地的动画参数估计基于式运动（17）或（22）使用光流非常快，因为它不需要提取的功能点的帧。另一方面其计算要求取决于特征的数字顶点。校正动画

5。结合动画

全局运动人的头在真实视频序列的局部运动往往受到其全球运动的影响创建组合运动。因此，动画三维模型的人类头部，我们将使用设计的算法不只是用于估计动画参数，也是全球参数运动[ 14 ]。此外，全球运动的估计参数独立地进行局部运动没有的特征点的选择是什么局部运动。在另一边，这是不可能的估计因为选定的功能除了局部运动的顶点有全球运动太。关于动画的前期思考结合全局运动估计设计图在图3。第一全局运动参数的估计是从输入的视频序列。后来他们被用来动画参数估计。其如下的动画参数的估计对于大局部运动方程描述的算法（22）必须使用。在这种情况下，全局运动参数连同动画参数从以前框架是用于组件的预测（ucirc;我，ucirc;J）的光流矢量。图3。动画的一个估计的方框图全局运动参数。接下来，我们推导出的动画估计方程结合全局运动参数连续帧间。假定三维模型根据第一个的人的头被校准在初始位置上的双帧及其顶点为在MCS。在动画与全局运动的新坐标然后我acute;=（Hacute;acute;，V，Racute;）T是旋转，翻译和动画顶点和（Delta;H，Delta;V，Delta;R）是矢量旋转动属于顶点米的定义由方程的全局运动动画（23）如下：在这种情况下，叠加的原理是无效的。它是所造成的动画向量的顶点其中除了局部运动具有全局运动受其旋转矩阵的影响，必须采取考虑动画参数的估计。新的坐标变换后（Hacute;acute;，V，Racute;）T旋转，翻译和动画的顶点M从MCS在CCS和替代旋转矩阵R和我们得到的翻译向量类比推导过程的应用作为全球或局部运动可以从式（25），（26）、（27）推导线性公式的成分光流矢量的矢量在ŵ是从以前的动画参数框架和Delta;H，Delta;V，Delta;R旋转部件动画向量与旋转的全球天使运动（eq.24）。通过替代式（28）和（29）成一个特征的大运动的光流方程[ 14 ]

顶点可以得到以下的线性方程

与未知的动画参数预测动画参数估计全球运动校正动画参数如果本地运动是通过使用更多的非盟他们每一个方程的系统（33）组成，通过对其溶液的动画应用LSM获得了选定的非盟的参数。导出的方程（34）是正式式相同（22）大的动画参数估计的有效性局部运动。对等式的另一边（34）此外关于参数的全局运动的信息估计独立的动画参数。很显然，对于老实的3D模型动画其全局运动估计的准确性参数是依赖于估计的全球运动参数在进行之前。准确度可以进一步增加多个迭代应用公式（30）至（34）。

6。实验结果

三维模型动画的设计算法人类头部与全球运动已被实验验证测试视频序列“小姐美国“与帧速率的30赫兹，288x352像素大小每像素8位。作为一个特定的三维模型，我们使用三维导线框架模型Candide [ 12 ]这是由第一校准参考）的视频序列帧。用于估计动画参数摄像机参数D，FX，FY，还需要通过校准的校准相机[ 14 ]根据相同的参考帧。为距离d = 400像素缩放焦距FX = 354像素和FY = 333像素，在所有实验中使用。三维模型动画的精度验证人的头是很难的，因为在预先精确的值不知道的动画参数。作为一个合适的我们使用的峰值的准确度标准人脸区域的信噪比（信噪比）。以比较老实的3D模型动画效果在所有的实验中使用的标准，其纹理基于二维仿射变换的平面算法[ 13 ]使用。注意算法的选择纹理没有任何直接影响的准确性动画三维模型的老实人。然后得出结论纸张是有效的任何其他算法的纹理[ 15 ]。在结合CANDIDE 3D模型动画它的全局运动首先是运动的参数高精度估计。它实现了这样一种方式在初始位置35个特征从三维模型Candide顶点已被选定为可以看到在图4A。在他们的投影后，我们得到的功能亮度的偏导数的点功能我（I，J，T）利用Sobel算子计算[ 16 ]。在选择的特征点，我们进行在这样的假设下，相应的点的表面上的人的头部在框架中，将只有全球运动。受到这样一个程序的影响关于局部运动精度的估计消除了全局运动参数。以下全局运动估计的高精度视频序列中的“美国小姐”我们使用的算法光流的基础假设大运动[ 14 ]为它。参照当地的运动的性质视频序列中选取三金，即“滴“提高上嘴唇”和“下降的眉毛”这三个动画参数W（W1、W2、W3）是估计。所使用的非盟，在其中的特征点亮度函数的偏导数（我）计算后，他们的帧上的投影，是在图4b所示，C，D.随着人类在视频序列的局部运动头部被认为是大动作，因为在一般来说，它有全球运动。另外号码在非盟的特征点是有限的方面有限数量的定义。因此，为了实现动画的高精度估计参数，我们使用它的块中的多个迭代图（图3）。在图5中，有依赖关系图合成帧的信噪比估计全球运动（水珠。m）3迭代和局部运动（LM）与1，2，3和10由动画迭代使用选定的金三维模型的老实人。从图中看到，只使用一次迭代方程（34）不充分甚至这样的信噪比降低。这个减少是由于大的不准确的估计动画参数。取得了较好的效果已为2次迭代，并为三次迭代动画参数估计的准确性W（W1、W2、W3）没有增加。说明在图有4个连续的帧与投影的三维模型老实人与全球运动使用的动画后三次迭代。64 J米哈尔Iacute;K、VČ米甲，对人体头部的三维模型动画图4。一个全局运动的特征点，局部运动的下巴，局部运动的上嘴唇，三

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