专利名称：基于部件库的真实感虚拟化身模型的交互式生成方法
技术领域：
本发明涉及一种基于部件库的真实感虚拟化身模型的交互式生成方法，属于 虚拟现实(Virtual Reality, VR)以及网络游戏技术领域。
背景技术：
虚拟环境是一项涉及计算机图形学、图像处理、人机交互、人工智能等多个 学科的综合技术。为了提高真实性，许多虚拟环境增加了表示用户的虚拟化身 (Avatar),通过它与环境以及环境中的其他用户进行交互。虚拟化身决定了最 终用户直接接受的信息和感受，允许用户将自己的人脸图片映射到对其化身模型 的脸部网格上，可更进一步体现虚拟环境中化身模型的真实感。目前化身模型的 表示方法有棒模型、体模型、表面模型和多层模型等。其中表面模型，尤其多边 形网格，由于计算简单、表达能力强，是主流的表示方法和业界的事实标准。
建立人体表面模型的算法大致可以划分为创作型、捕获型、插值型、拟合型 和参数化方法共5大类。创作型方法需要使用者具有较高的艺术天分和熟练的软 件使用技巧，创作模型的过程也比较复杂，需要较长的时间和精力。捕获型方法 需要昂贵的硬件设备，生成的模型不具备支持动画的骨架信息。参数化方法依赖 使用者的设计能力和大量参考模型支撑。
发明内容
本发明的目的在于提出了一种基于部件库的真实感虚拟化身模型的交互式 生成方法，该方法简单、操作方便，充分利用现有的部件库，创新性地实现了虚 拟环境中具有真实感人脸纹理的虚拟化身交互式生成，极大地提高了用户交互的
可能性，有利于在后续虚拟环境中增加娱乐元素的可行性，有着显著经济和社会 效益。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术措施基于部件库的真实感虚拟化 身模型的交互式生成方法，其特征在于包括下列步骤-第一步、基于部件库生成虚拟化身模型a、 根据用户所指定的性别、身高、年龄在部件库中检索与之匹配的骨骼模 型；如没有可精确配准的模型，则给出与之最近似的模型；
b、 再根据用户对发型、衣服、装备的喜好，基于部件库生成对应的外层蒙 皮模型；
c、 外层蒙皮模型与骨骼模型叠加后创建具有真实感特征的虚拟化身模型， 作为人脸照片纹理映射的参考模型；
第二步、具有真实感人脸纹理的虚拟化身模型的制作流程
a、 在图片编辑器中按次序进行交互式选择人脸照片上的左右眼、鼻子、嘴 巴、下巴、左右耳朵特征点的行列号(i,j)坐标；
b、 在模型编辑器中依次标出虚拟化身模型所对应人脸几何特征点坐标 (x,y，z)，并将其保存下来；
c、 采用最小二乘法原理，将图片特征点的象素值与虚拟化身模型的特征点 对应起来，再将人脸照片映射到虚拟化身模型上，即生成具有真实感人脸纹理的 虚拟化身模型。
本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果
第一、充分利用现有部件库数据创建虚拟化身模型，可节省大量的时间和资 源，大大提高虚拟环境中真实感化身骨骼模型的创建效率；
第二、基于脸部特征点将人脸照片映射到对应化身模型的几何网格上，增加 了虚拟环境中化身模型的脸部真实性，有利于后续展开多用户间聊天、娱乐等活 动，改善了虚拟环境的交互性和沉浸感特征；交互式即不是固定的，用户可以根 据自己的意愿来选择自己喜欢的，交互式选择是用户选择照片上对应特征点的像 素位置。
本发明在现有的技术方案基础上，充分利用现有数据，可节省大量的时间和 资源。通过交互式定制化身模型的脸部纹理，不用改变模型几何数据就可以增加 化身模型的真实感，为后续虚拟环境中开展多用户间的共同活动增加了沉浸感特 征。而基于部件库的虚拟化身模型生成方法，既不需要昂贵软、硬件支持，也不 需要对使用者进行长期培训，即可生成具有真实感特征的虚拟化身模型，只需给 定人脸照片，就能将创建具有真实感人脸纹理的虚拟化身模型。
图1是本发明实施例基于部件库生成虚拟化身模型的流程示意图。
图2是本发明实施例具有真实感人脸纹理的虚拟化身模型的制作流程示意图。
具体实施例方式
以下结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。
图1中标记的说明1.1-部件库、1.2-性别、1.3-身高、1.4-年龄、1.5-骨骼模型、1.6-发型、1.7-衣服、1.8-装备、1.9-外层蒙皮模型、1.10-虚拟化 身模型。
图2中标记的说明2. l-人脸照片、2. 2-人脸特征点、2. 3-人脸几何特征点、 2. 4-具有真实感人脸纹理的虚拟化身模型。
本发明实施例共分两个部分，即基于性别、身高、年龄与发型、衣服以及装 备参数生成具有真实感特征的虚拟化身模型模型；用户交互式选定自己的人脸照 片上的特征点，创建具有真实感人脸纹理的虚拟化身模型。它包括下列步骤
第一步、基于部件库生成虚拟化身模型
a、 如图1所示，根据用户所指定的性别1.2、身高1.3、年龄1.4在部件库 1.1中检索与之匹配的骨骼模型1.5;如没有可精确配准的模型，则给出与之最 近似的模型；
b、 再根据用户对发型1.6、衣服1.7、装备1.8 (如眼睛、手表等)的喜好， 基于部件库1. 1生成对应的外层蒙皮模型1. 9;
c、 外层蒙皮模型1.9与骨骼模型1.5叠加后即可创建具有真实感特征的虚 拟化身模型1.10，作为人脸照片纹理映射的参考模型。
第二步、具有真实感人脸纹理的虚拟化身模型的制作流程
a、 在图片编辑器中依次选择人脸照片2. I上的左右眼、鼻子、嘴巴、下巴、 左右耳朵特征点2.2的行列号(i，j)坐标；
b、 在模型编辑器中依次标出虚拟化身模型1. 10所对应人脸几何特征点2. 3 坐标(x,y，z)，并将其保存下来；
c、 采用最小二乘法原理，将指定图片特征点的象素值与虚拟化身模型1. 10的特征点对应起来，再将人脸照片2. l映射到虚拟化身模型l. 10上，即可生成 具有真实感人脸纹理的虚拟化身模型2. 4，可辅助虚拟环境中后续相关活动的开 展。
与其他人体模型创建方法相比，本发明实施例基于部件库中已有的大量数据 资源，允许用户交互式指定自己的性别、身高、年龄与发型、衣服，根据自身的 爱好选择相关装备(如手表、眼镜)参数，即可生成具有真实感特征的虚拟化身 模型，只需给定人脸照片，就能将创建具有真实感人脸纹理的虚拟化身模型。可 充分满足具有娱乐、交互性虚拟环境对真实感化身骨骼模型的创建需求。
本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实 施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的 一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式
及应用范围上均会有改变之 处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
权利要求
1、基于部件库的真实感虚拟化身模型的交互式生成方法，其特征在于包括下列步骤第一步、基于部件库生成虚拟化身模型a、根据用户所指定的性别、身高、年龄在部件库中检索与之匹配的骨骼模型；如没有可精确配准的模型，则给出与之最近似的模型；b、再根据用户对发型、衣服、装备的喜好，基于部件库生成对应的外层蒙皮模型；c、外层蒙皮模型与骨骼模型叠加后创建具有真实感特征的虚拟化身模型，作为人脸照片纹理映射的参考模型；第二步、具有真实感人脸纹理的虚拟化身模型的制作流程a、在图片编辑器中按次序进行交互式选择人脸照片上的左右眼、鼻子、嘴巴、下巴、左右耳朵特征点的行列号(i，j)坐标；b、在模型编辑器中依次标出虚拟化身模型所对应人脸几何特征点坐标(x，y，z)，并将其保存下来；c、采用最小二乘法原理，将指定图片特征点的象素值与化身模型的特征点对应起来，再将人脸照片映射到化身模型上，即生成具有真实感人脸纹理的虚拟化身模型。
全文摘要
本发明涉及了一种基于部件库的真实感虚拟化身模型的交互式生成方法，其步骤为(1)根据用户所指定的性别、身高、年龄参数以及发型、衣服与装备参数，基于部件库分别生成对应的骨骼与外层蒙皮模型，叠加创建具有真实感特征的虚拟化身模型。(2)交互式选择人脸照片上左右眼、鼻子、嘴巴、下巴、左右耳特征点，采用纹理映射技术，将照片映射到化身模型的脸部网格上，从而生成具有真实感虚拟化身模型。本发明在现有的技术方案基础上，充分利用现有部件库数据，可节省大量的时间和资源。通过交互式定制化身模型的脸部纹理，可以不用改变模型的几何数据就可以增加化身模型的真实感，为后续虚拟环境中开展多用户间的共同活动增加了沉浸感特征。
文档编号G06T15/00GK101620741SQ200910164878
公开日2010年1月6日 申请日期2009年8月6日 优先权日2009年4月13日
发明者谈国新, 正 钟 申请人:武汉数字媒体工程技术有限公司