具有面部表情并能自动应答的仿真人的制作方法

本发明属于MR技术领域，特别是提出了一种具有面部表情并能自动应答的仿真人，使人具有了分身术，可以代替本人从事各种简单的活动。

背景技术：

人体模特是展览展示、项目推广不可或缺的人物，甚至人体模特的吸睛率要超过所展示的项目本身。真人模特、名人模特、塑胶模特、雕塑模特、衣服架模特、机器人模特等，可以说有关人的模特，无处不在。不管是哪种模特，仿真、美化都是最能吸引人的。从远距离观看，中国科技大学制作的美女模特虽然已经达到了足以乱真的程度，其颜值足以让很多美女相形见绌，但是，人之美不仅仅在于外貌，而更重要的是在于人的精气神。一个没有表情、眼睛不会动、嘴巴不会说的美女，即使再美，如同画像一样，仍然是美中有大大地不足。如何才能赋予机器人以假乱真的表现力，其实最最重要的不是肢体动作，而是面部表情，包括：面部微笑、眼球动作、嘴角动作、头部动作等，微笑、动作不在于夸张，而在于自然、协调、传神。如何能做到上述的要求，现有的机器人、塑胶模特都与之相差甚远，即使再智能化，也比不过以真人为后台的“双簧”式表演。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种具有面部表情并能自动应答的仿真人，使人具有了分身术，可用于广告宣传、展览展示、宣传造势、项目推广、陪伴独居老人等。

本发明的原理是光纤的可导像原理以及“双簧”的原理。

本发明由塑胶躯体1、真人衣服2、仿真人头3、假发套4、眼睫毛5、视频源系统6、导像光纤束7、语言识别及应答专家系统8、支撑及运动机构9、其它装饰品10、微型麦克11组成，如图1所示。

本发明的安装工艺流程是：首先在支撑及运动机构9上安装仿真人头3、视频源系统6、导像光纤束7、语言识别及应答专家系统8；其次是为支撑及运动机构9套上塑胶躯体1；再次是为有支撑及运动机构9支撑的塑胶躯体1穿上真人衣服2、戴上假发套4、沾上眼睫毛5；最后是为与真人一样具有面部表情并能自动应答的仿真人戴上其它装饰品10并进行仪容整理和系统测试。

本发明的视频源内容提供系统62、语言识别及应答专家系统8可集成在一个集中控制的主机之中，视频源内容提供系统62存储在语言识别及应答专家系统8的主机里。

本发明的塑胶躯体1是除了头部为透明色，其它部位均为人体肤色的且具有皮肤弹性的塑胶人体。

本发明的真人衣服2是与仿真对象穿着的同样的衣服。

本发明的仿真人头3是按照仿真对象的头部形象一比一雕塑的仿真人头，由面部光纤导像屏部分31、头顶及后脑壳部分32、塑胶头套33组成，面部光纤导像屏部分31是由垂直于面部的光纤组成的，头顶及后脑壳部分32是亦如脑壳的由轻材质构成的，比如：塑料、木材等，塑胶头套33是具有皮肤颜色和皮肤手感的透明度大于50％的且在眼睛和嘴唇部位是无色透明的高弹力塑胶构成的，如图2所示。本发明仿真人头3的实施过程可以是：先将面部光纤导像屏部分31的入像面和头顶及后脑壳部分32的中空部分加工成型，并在面部光纤导像屏部分31的入像面安装好导像光纤束7或视频源系统6，之后将面部光纤导像屏部分31和头顶及后脑壳部分32粘接在一起进行整体雕塑，再套上塑胶头套33之后，形成仿真人头3；也可以是将面部光纤导像屏部分31、头顶及后脑壳部分32分别加工至成型的形状后，再行粘接，粘接完成之后再套上塑胶头套33之后，形成仿真人头3。本发明的面部光纤导像屏部分32的光纤层成型可参照申请专利2016 10 475659.1《一种显示面是立体浮雕的导像屏》中提出的方法实施，既：先将光纤排列成一定厚度的光纤层，然后在模具中压缩并粘接成型之后再精雕至设计形状，或排列成长方体成型后直接雕塑至设计形状，最后再进行表面处理。本发明的组成面部光纤导像屏部分32的光纤层的光纤直径范围为0.04～0.8mm。

本发明的塑胶头套33既可以是具有皮肤颜色和皮肤手感的透明度大于50％的且在眼睛和嘴唇部位是无色透明的高弹力塑胶，也可以全部是无色透明的。在非眼睛、嘴唇部位使用皮肤颜色的塑胶目的是为了给面部光纤导像屏部分31传导出的皮肤颜色补色，并防止测光照射人脸时，面部光纤导像屏部分31传导到脸部侧面的肤色较暗。

本发明的假发套4是与仿真对象具有相同发型的仿真假发套，本发明的假发套4是戴在成型之后的仿真人头之上的塑胶头套33之上的。

本发明的眼睫毛5是与仿真对象完全一样的自带胶的仿真眼睫毛，本发明的眼睫毛5是粘接在成型之后的仿真人头的塑胶头套之上的。

本发明的视频源系统6是录制好的仿真对象的经典面部表情视频内容，包括眼球转动、嘴唇动作等，视频源系统6由超窄边显示屏61、视频源内容提供系统62组成，视频源内容提供系统62连接到超窄边显示屏61，提供显示的内容。如图3所示。本发明的视频源系统6不仅可以为与真人一样具有面部表情并能自动应答的仿真人提供仿真对象的面部表情视频，也可以将与真人一样具有面部表情并能自动应答的仿真人的面部转化为电视的显示屏并当做普通电视观看。

本发明的超窄边显示屏61可以是LCD液晶显示屏、OLED显示屏、QLED显示屏、LED显示屏、PLED显示屏等各种显示屏。本发明的超窄边显示屏61的无图像边框尺寸为0～5mm。

本发明的导像光纤束7是将视频源系统6的影像导入仿真人头3面部的导像光纤束。本发明导像光纤束7是一面与仿真人头3的面部光纤导像屏部分31的背面入像面紧密贴紧的，且尺寸与面部光纤导像屏部分31的背面入像面完全一致；一面是与视频源系统6的超窄边显示屏61的显示面紧密贴紧的，且尺寸与超窄边显示屏61的显示面完全一致。

本发明的导像光纤束7可以是正长方体结构，可以是梯形体结构，还可以是异形梯形体结构，具体形状根据面部光纤导像屏部分31与超窄边显示屏61的尺寸关系以及超窄边显示屏61的摆放角度而定。

本发明的导像光纤束7与面部光纤导像屏部分31的背面入像面以及与超窄边显示屏61的显示面的帖紧面之间的缝隙范围都是0～0.5mm，且缝隙越小越好。

本发明的视频源系统6的超窄边显示屏61在显示屏的显示面尺寸+边框尺寸大于仿真人头3的面部光纤导像屏部分31背面入像面0.5～10mm时，视频源系统6的超窄边显示屏61在脑壳内放置是倾斜的，导像光纤束7的与超窄边显示屏61的显示面的接触面也是倾斜的，如图4所示。

本发明的视频源系统6的超窄边显示屏61在显示屏的显示面尺寸+边框尺寸小于仿真人头3的面部光纤导像屏部分31背面入像面0.5～20mm时，视频源系统6的超窄边显示屏61放置于仿真人头3的面部光纤导像屏部分31背面入像面的后面，超窄边显示屏61与面部光纤导像屏部分31之间是导像光纤束7，如图5所示。

本发明的视频源系统6的超窄边显示屏61在采用无边框或边框小于0.5mm的显示屏时，视频源系统6的超窄边显示屏61可以直接贴紧仿真人头3的面部光纤导像屏部分31的背面入像面并省略导像光纤束7，视频源系统6的超窄边显示屏61的显示面与仿真人头3的面部光纤导像屏部分31的背面入像面的尺寸、形状完全一致且二者之间的间隙为0～0.5mm，如图6所示。

本发明的语言识别及应答专家系统8由对方语音跟踪识别系统81、智能回答专家系统82、肢体动作配合专家系统83、面部表情配合专家系统84组成，对方语音跟踪识别系统81、智能回答专家系统82、肢体动作配合专家系统83、面部表情配合专家系统84是几个软件专家系统，他们都集成在语言识别及应答专家系统8的主机里，如图7所示。语言识别及应答专家系统8是能自动应答的系统，其中对方语音跟踪识别系统81是听取、识别、跟踪对话者语音和语言内容的系统；智能回答专家系统82是根据对话者语音、语调、语言内容判断、选择并确定回答的语言内容、语调的系统，或者说回话内容及回话的语音、语调是根据对话者的谈话内容、语音、语调设计并根据设计应答的，应答语音由微型麦克11发出；肢体动作配合专家系统83是指挥仿真人头3转动头部使与真人一样具有面部表情并能自动应答的仿真人的面部面对对话者以及指挥手臂配合的系统，且肢体动作的幅度、快慢是根据谈话内容和语音、语调编程控制的，或者说是不同的语音、语调对应着不同的肢体动作；面部表情配合专家系统84是根据与对话者的谈话内容调取相应的有喜怒哀乐表情的视频资料并指挥视频源系统6不间断播放的，或者说是根据语音、语调在面部表情视频资料库中调取对应的视频片段的。

本发明的支撑及运动机构9是负责头部转动和手臂动作的机构，由颈部及手臂部仿真骨架91和附着在颈部及手臂部仿真骨架91之上的弹力橡胶92、牵动头部运动的三根无弹力丝绳93、拉动三根无弹力丝绳93的三台伺服直流电机94、牵动一只手臂运动的三根无弹力丝绳95、拉动三根无弹力丝绳95的三台伺服直流电机96组成，如图8所示。其动作类似于摄像头语音跟踪的动作。其中附着在颈部及手臂部仿真骨架91以及附着在颈部及手臂部仿真骨架91之上的弹力橡胶92的作用是利用橡胶的弹性使头部及手臂在完成动作后自动归位。其中牵动头部的三根无弹力丝绳93和拉动三根无弹力丝绳95是包含在弹力塑胶92之内的且与弹力塑胶92是不粘连的，亦如人体肌肉中的筋。其中三台伺服直流电机94和三台伺服直流电机96是根据语音识别系统的编程并配合语音动作的，且其回程的速度与进程的速度是等速的或相差不超过30％的。其中牵动头部运动的三根无弹力丝绳93是一头和伺服直流电机相84相连、一头和颈部及手臂部仿真骨架91的颈部骨架前端相连的，如图9所示，其中牵动一只手臂运动的三根无弹力丝绳95也是一头和伺服直流电机96相连、一头和颈部及手臂部仿真骨架91的手臂骨架前端相连的，如图10所示。

本发明的支撑及运动机构9以此类推，可以变成双臂都可运动，也可以变成双臂、双腿都可运动。当双腿也可以运动时，为保证人体的平衡，本发明的与真人一样具有面部表情并能自动应答的仿真人的重心在与真人一样具有面部表情并能自动应答的仿真人的膝盖之下。

本发明的其它装饰10是仿真对象特有的标志性装饰，比如：耳环、戒指、头饰等。

本发明的微型麦克11可以别在真人衣服2的纽扣之上的，也可以别在领夹之上，麦克线是藏在衣服之内的，如图11所示。

本发明的优点在于与真人一样具有面部表情并能自动应答的仿真人，在2米之外与其对话时，不仅外貌足以乱真，而且对话内容、语言、面部表情均出自其本人，再加上肢体动作自然而不生硬，亦如真人具有了分身术，又如克隆了一个相同的人。本发明对于展览展示、影视制作、商业推广、陪伴独居老人等可以起到一定的作用。

附图说明

图1为本发明构成示意图。其中，塑胶躯体1、真人衣服2、仿真人头3、假发套4、眼睫毛5、视频源6、导像光纤束7、语言识别及应答专家系统8、支撑及运动机构9、其它装饰品10、微型麦克11、可充电电池组12。

图2为仿真人头部示意图。其中，仿真人头3、面部光纤导像部分31、头顶及后脑部分32、塑胶头套33。

图3为视频源示意图。其中，视频源系统6、超窄边显示屏61、视频源内容提供系统62。

图4为当超窄边显示屏61大于面部光纤导像屏部分31的入像面时的示意图。其中，仿真人头3、光纤导像屏部分31、超窄边显示屏61、导像光纤束7。

图5为当超窄边显示屏61小于面部光纤导像屏部分31的入像面时的示意图。其中，仿真人头3、光纤导像屏部分31、超窄边显示屏61、导像光纤束7。

图6为超窄边显示屏61直接贴紧仿真人头3的面部光纤导像部分31示意图。

图7为语言识别及应答专家系统8示意图。其中，语音跟踪识别系统81、智能回答专家系统82、肢体动作配合专家系统83、面部表情配合专家系统84。

图8为支撑及运动机构9示意图。其中，由颈部及手臂部仿真骨架91、弹力橡胶92、牵动头部运动的三根无弹力丝绳93、三台伺服直流电机94、牵动一只手臂运动的三根无弹力丝绳95、三台伺服直流电机96。

图9为颈部及手臂部仿真骨架91、牵动头部运动的三根无弹力丝绳93、三台伺服直流电机94示意图。

图10为颈部及手臂部仿真骨架91、牵动一只手臂运动的三根无弹力丝绳95、三台伺服直流电机96示意图。

图11为微型麦克11、真人衣服2示意图。

具体实施方式

图1～图11为本发明的一种具体实施方式。

本发明由塑胶躯体1、真人衣服2、仿真人头3、假发套4、眼睫毛5、视频源系统6、导像光纤束7、语言识别及应答专家系统8、支撑及运动机构9、其它装饰品10、微型麦克11组成，如图1所示。

本发明的塑胶躯体1是除了头部为透明色，其它部位均为人体肤色的且具有皮肤弹性的塑胶人体。

本发明的真人衣服2是与仿真对象穿着的同样的衣服。

本发明的仿真人头3是按照仿真对象的头部形象一比一雕塑的仿真人头，由面部光纤导像屏部分31、头顶及后脑壳部分32、塑胶头套33组成，面部光纤导像屏部分31是由垂直于面部的光纤组成的，头顶及后脑壳部分32是亦如脑壳的由轻材质构成的，比如：塑料、木材等，塑胶头套33是具有皮肤颜色和皮肤手感的透明度大于50％的且在眼睛和嘴唇部位是无色透明的高弹力塑胶构成的，如图2所示。本发明仿真人头3的实施过程可以是：先将面部光纤导像屏部分31的入像面和头顶及后脑壳部分32的中空部分加工成型，并在面部光纤导像屏部分31的入像面安装好导像光纤束7或视频源系统6，之后将面部光纤导像屏部分31和头顶及后脑壳部分32粘接在一起进行整体雕塑，再套上塑胶头套33之后，形成仿真人头3；也可以是将面部光纤导像屏部分31、头顶及后脑壳部分32分别加工至成型的形状后，再行粘接，粘接完成之后再套上塑胶头套33之后，形成仿真人头3。本发明的面部光纤导像屏部分32的光纤层成型可参照申请专利2016 10 475659.1《一种显示面是立体浮雕的导像屏》中提出的方法实施，既：先将光纤排列成一定厚度的光纤层，然后在模具中压缩并粘接成型之后再精雕至设计形状，或排列成长方体成型后直接雕塑至设计形状，最后再进行表面处理。本发明的组成面部光纤导像屏部分32的光纤层的光纤直径范围为0.04～0.8mm。

本发明的塑胶头套33既可以是具有皮肤颜色和皮肤手感的透明度大于50％的且在眼睛和嘴唇部位是无色透明的高弹力塑胶，也可以全部是无色透明的。在非眼睛、嘴唇部位使用皮肤颜色的塑胶目的是为了给面部光纤导像屏部分31传导出的皮肤颜色补色，并防止测光照射人脸时，面部光纤导像屏部分31传导到脸部侧面的肤色较暗。

本发明的假发套4是与仿真对象具有相同发型的仿真假发套，本发明的假发套4是戴在成型之后的仿真人头之上的塑胶头套33之上的。

本发明的眼睫毛5是与仿真对象完全一样的自带胶的仿真眼睫毛，本发明的眼睫毛5是粘接在成型之后的仿真人头的塑胶头套之上的。

本发明的视频源系统6是录制好的仿真对象的经典面部表情视频内容，包括眼球转动、嘴唇动作等，视频源系统6由超窄边显示屏61、视频源内容提供系统62组成，如图3所示。本发明的视频源系统6不仅可以为与真人一样具有面部表情并能自动应答的仿真人提供仿真对象的面部表情视频，也可以将与真人一样具有面部表情并能自动应答的仿真人的面部转化为电视的显示屏并当做普通电视观看。

本发明的超窄边显示屏61可以是LCD液晶显示屏、OLED显示屏、QLED显示屏、LED显示屏、PLED显示屏等各种显示屏。本发明的超窄边显示屏61的无图像边框尺寸为0～5mm。

本发明的导像光纤束7是将视频源系统6的影像导入仿真人头3面部的导像光纤束。本发明导像光纤束7是一面与仿真人头3的面部光纤导像屏部分31的背面入像面紧密贴紧的，且尺寸与面部光纤导像屏部分31的背面入像面完全一致；一面是与视频源系统6的超窄边显示屏61的显示面紧密贴紧的，且尺寸与超窄边显示屏61的显示面完全一致。

本发明的导像光纤束7可以是正长方体结构，可以是梯形体结构，还可以是异形梯形体结构，具体形状根据面部光纤导像屏部分31与超窄边显示屏61的尺寸关系以及超窄边显示屏61的摆放角度而定。

本发明的导像光纤束7与面部光纤导像屏部分31的背面入像面以及与超窄边显示屏61的显示面的帖紧面之间的缝隙范围都是0～0.5mm，且缝隙越小越好。

本发明的视频源系统6的超窄边显示屏61在显示屏的显示面尺寸+边框尺寸大于仿真人头3的面部光纤导像屏部分31背面入像面0.5～10mm时，视频源系统6的超窄边显示屏61在脑壳内放置是倾斜的，导像光纤束7的与超窄边显示屏61的显示面的接触面也是倾斜的，如图4所示。

本发明的视频源系统6的超窄边显示屏61在显示屏的显示面尺寸+边框尺寸小于仿真人头3的面部光纤导像屏部分31背面入像面0.5～20mm时，视频源系统6的超窄边显示屏61放置于仿真人头3的面部光纤导像屏部分31背面入像面的后面，超窄边显示屏61与面部光纤导像屏部分31之间是导像光纤束7，如图5所示。

本发明的视频源系统6的超窄边显示屏61在采用无边框或边框小于0.5mm的显示屏时，视频源系统6的超窄边显示屏61可以直接贴紧仿真人头3的面部光纤导像屏部分31的背面入像面并省略导像光纤束7，视频源系统6的超窄边显示屏61的显示面与仿真人头3的面部光纤导像屏部分31的背面入像面的尺寸、形状完全一致且二者之间的间隙为0～0.5mm，如图6所示。

本发明的语言识别及应答专家系统8由对方语音跟踪识别系统81、智能回答专家系统82、肢体动作配合专家系统83、面部表情配合专家系统84组成，如图7所示。语言识别及应答专家系统8是能自动应答的系统，其中对方语音跟踪识别系统81是听取、识别、跟踪对话者语音和语言内容的系统；智能回答专家系统82是根据对话者语音、语调、语言内容判断、选择并确定回答的语言内容、语调的系统，或者说回话内容及回话的语音、语调是根据对话者的谈话内容、语音、语调设计并根据设计应答的，应答语音由微型麦克11发出；肢体动作配合专家系统83是指挥仿真人头3转动头部使与真人一样具有面部表情并能自动应答的仿真人的面部面对对话者以及指挥手臂配合的系统，且肢体动作的幅度、快慢是根据谈话内容和语音、语调编程控制的，或者说是不同的语音、语调对应着不同的肢体动作；面部表情配合专家系统84是根据与对话者的谈话内容调取相应的有喜怒哀乐表情的视频资料并指挥视频源系统6不间断播放的，或者说是根据语音、语调在面部表情视频资料库中调取对应的视频片段的。

本发明的支撑及运动机构9是负责头部转动和手臂动作的机构，由颈部及手臂部仿真骨架91和附着在颈部及手臂部仿真骨架91之上的弹力橡胶92、牵动头部运动的三根无弹力丝绳93、拉动三根无弹力丝绳93的三台伺服直流电机94、牵动一只手臂运动的三根无弹力丝绳95、拉动三根无弹力丝绳95的三台伺服直流电机96组成，如图8所示。其动作类似于摄像头语音跟踪的动作。其中附着在颈部及手臂部仿真骨架91以及附着在颈部及手臂部仿真骨架91之上的弹力橡胶92的作用是利用橡胶的弹性使头部及手臂在完成动作后自动归位。其中牵动头部的三根无弹力丝绳93和拉动三根无弹力丝绳95是包含在弹力塑胶92之内的且与弹力塑胶92是不粘连的，亦如人体肌肉中的筋。其中三台伺服直流电机94和三台伺服直流电机96是根据语音识别系统的编程并配合语音动作的，且其回程的速度与进程的速度是等速的或相差不超过30％的。其中牵动头部运动的三根无弹力丝绳93是一头和伺服直流电机相84相连、一头和颈部及手臂部仿真骨架91的颈部骨架前端相连的，如图9所示，其中牵动一只手臂运动的三根无弹力丝绳95也是一头和伺服直流电机96相连、一头和颈部及手臂部仿真骨架91的手臂骨架前端相连的，如图10所示。

本发明的支撑及运动机构9以此类推，可以变成双臂都可运动，也可以变成双臂、双腿都可运动。当双腿也可以运动时，为保证人体的平衡，本发明的与真人一样具有面部表情并能自动应答的仿真人的重心在与真人一样具有面部表情并能自动应答的仿真人的膝盖之下。

本发明的其它装饰10是仿真对象特有的标志性装饰，比如：耳环、戒指、头饰等。

本发明的微型麦克11可以别在真人衣服2的纽扣之上的，也可以别在领夹之上，麦克线是藏在衣服之内的，如图11所示。

本发明的安装工艺流程是：首先在支撑及运动机构9上安装仿真人头3、视频源系统6、导像光纤束7、语言识别及应答专家系统8；其次是为支撑及运动机构9套上塑胶躯体1；再次是为有支撑及运动机构9支撑的塑胶躯体1穿上真人衣服2、戴上假发套4、沾上眼睫毛5；最后是为与真人一样具有面部表情并能自动应答的仿真人戴上其它装饰品10并进行仪容整理和系统测试。

本发明的视频源内容提供系统62、语言识别及应答专家系统8可集成在一个集中控制的主机之中。