文摘
物联网的发展,3 d技术促进了宽脸模型在三维动画中的应用。然而,由于表达不一致的面部肌肉运动,重建结果可能远离真正的外观在重建的过程中面对的外观。因此,本文提出了一个字符表达式仿真模型的框架下3 ds Max。根据头部骨骼和肌肉之间的关系,建立了面部肌肉运动模型。表达式模拟设计的原始三维动画人物“亚亚”的框架下进行了3 ds Max技术。“亚亚”面部表情测试的实验结果表明,使用这种方法面对仿真模型不仅生动、自然的表情也符合法律的面部肌肉运动,为施工提供了重要的参考和真实感三维人脸模型的应用程序。
1。介绍
随着物联网技术的快速发展,人脸识别和重建已经备受关注1- - - - - -3]。真实感三维人脸重建已成为一个研究热点,因为它广泛应用在计算机视觉中,人脸识别,面对动画、电脑游戏,和其他领域4,5]。为一个特定的对象,人类面对的建设已经取得了很大的进步3 d模型近年来(6- - - - - -8]。与此同时,随着计算机技术的发展,虚拟人物经常出现在3 d动画设计和被广泛应用于各种各样的动画(9,10]。在这些研究中,虚拟角色表达的关键是虚拟角色可以引起观众的情感共鸣,也是迫切需要解决的问题3 d动画设计。外国大型动画公司和制片厂通常用面部表情来模拟面部表情。换句话说,通过设置传感器在脸上,可以事先定义的计算机模型,虚拟角色,这样可以产生微妙的面部表情。动画师可以手动调整关键帧和处理细节根据移动数据的面部表情11]。因此,虚拟角色在欧洲,美国,和其他国家是生动和可爱的,有突出的个性和身体和精神。由于资本和生产周期的问题,没有昂贵的面部表情捕捉设备帮助动画师创建虚拟人类表情,和面部表情常常出现在嘴角,不一致的对话,沉闷的面部表情等等(12,13]。因此,如何创造更多的虚拟角色生动的表情,在当前环境下,已经成为三维动画设计研究的重点。
面对重建生物特征识别是非常重要的,因为估计的姿势,表情,照明可以提高一个精确的细化模型。一些研究人员提出更精确的3 d算法,其中最成功的是基于三维变形模型(3 dmm) [14]。发现因为面非刚性的变形由于老化,表情的变化,和肌肉变化,面临重建研究近年来引起了广泛的关注(15- - - - - -18]。据面临重建的研究进展,面临重建通常需要考虑许多不同的因素根据输入类型和所需的水平的细节。表1列出了最常见的表面重建方法。根据不同的研究目的和背景,有许多场景和面临重建的方法。在实际应用中,人们经常使用各种方法来克服单一方法的缺点。
线性形状和纹理匹配算法主要用于先前的研究。一些学者使用单前照片重建3 d人脸模型,只需要一般的面部表情和正常照明(19,20.]。大多数现有的研究使用3 d面临的外部特征来构建一个更现实的虚拟模型在不同条件下,但这些方法很难真正反映的实际表达特性在人类运动的状态。
2。国家的艺术
目前,大型动画公司在国外使用昂贵的表达式捕获设备虚拟角色表情模拟工作。许多大电影中使用的方法;例如,在动画电影“最终幻想”数字化虚拟人的角色都是通过运动捕捉数字演员可以达到真正的人的影响,它可以被称为里程碑式的工作(10]。然后,《阿凡达》的出现创造了面部表情捕捉技术于2010年在动作捕捉技术。因此,创建虚拟人物生动和灵活。表达技巧丰富和微妙的,人物是丰富的个性,显示了逼真的虚拟角色的特点对于大多数的观众(20.]。
与国外成熟的3 d动画制作技术和资本投资,国内投资在动画仍然是不够的。因此,动画的国内研究仍在传统二维动画的水平或低成本的3 d动画。动画有更少的技术内容(9),这意味着国内动画很少涉及人物的表情,而且很少弥补表达式通过镜头和声音效果。当角色表达必须显示,国内动画公司通常使用三维变形处理的表达作用。即梯度改变了两个3 d对象之间的插值,从而获得3 d模型的表达式(16]。很简单的表达作用,缺乏生动的自然感,和被限制的角色的表达关键表达式,所以很难处理的具体表达式。随着计算机技术的发展,三维动画技术,三维动画技术在中国也得到了改善。2006年,我国的“神奇总线环”是第一个在中国最初的3 d动画电影。它也是第一个1亿3 d动画在中国生产10]。在这个动画电影,大量的面部表情捕捉技术用于描述虚拟角色的表情,但缺乏相关经验和技术生产字符表达式。因为生产的角色不是自然而生动的,相关的技术需要进一步研究10]。
3所示。方法
3.1。出现的人物
仿真的虚拟角色表达在3 d动画需要掌握和了解相关的解剖学知识,例如,传统绘画的学习需要了解内部结构和关系的研究肌肉之间的关系和面部表情的人脸,研究虚拟角色的表情细节(10]。通常,字符表达式的施工仿真模型是基于解剖学。因此,当建立一个模型,我们需要理解不仅头的骨骼结构,而且肌肉的构成和相应的表达变化。
首先是了解头部形状结构,如图1,这是人类的头图结构。头的形状的识别是基于结构和头骨的形状。头的形状将根据年龄和性别的不同,有很大变化。例如,男性比女性的头骨更大,和在家庭争吵经常发生,男人比女人更明显。头可分为神经颅颅。脑颅球形和第二面部头盖骨是持久的,和两部分共同构成的基本形状的头(21]。
如图2的原理图,这是头结构。从图可以看出2,大多数的头部肌肉属于弱的面部肌肉,这决定了面部表情,另一个是一个完整的头部形状的头骨(22]。
根据面部肌肉的功能,可分为两种类型:一是肌肉负责面部表情,另一个是负责咀嚼肌肉。肌肉中表达主要额肌、眼轮匝肌、眼轮匝肌,三角肌,下嘴唇肌肉,颧骨肌肉,创建所有人脸的面部表情和动作(23]。负责咀嚼肌肉包括肌肉和牙齿的咬肌,运动运动有直接关系。可以看出,面部表情的生产不是一个肌肉运动的结果。任何面部表情都是由面部肌肉。由于限制头部,面部肌肉的运动是比身体的其他部位。面部肌肉的运动是几乎没有一条直线的特殊分布和面部肌肉运动(23]。因此,在建设的过程仿真模型的虚拟人物表情,我们应该设计根据面部肌肉的分布和运动和关注的运动影响关节,关节周围的肌肉动作,以设计一个现实的面部表情动作。
3.2。角色设计表达式基于3 ds Max技术的仿真系统
3 ds Max技术有以下两种方法表达仿真设计的作用。一个是基于融合目标对象的变形动画,这是一种特殊形式的动画表情。在三维空间中,目标对象与不同的形状变形到另一个对象。在角色表情的仿真设计,目标对象生成的面部表情状态设置为个人面部肌肉,然后,多个目标化合物影响网格,以获得的表达的共同运动的肌肉。操纵方法的优点是简单和直观的效果,它可以随时存储和调用,但它的缺点是,角色表情只能根据预设进行变形的目标。的细节表现并不理想。第二种方法是模拟骨和面部的表情绑定。该方法直接使用控制器来控制网格变形。与准确的前提下,设置好控制细节和网格可以同时变形。其缺点在于这样一个事实:操作不方便,需要调整的部分表达式。 In this paper, according to the requirements of the virtual character of 3DS animation design, the second method of 3DS Max is chosen to simulate the role expression simulation design. The 3D design of facial expression simulation based on 3DS Max technology needs to create the skeleton. The bone creation can be divided into two parts. One part is the control of the skeleton, which is the control of the head, neck, lower collar, and the whole skeleton of the body. The other part is the facial expression bone, which is the real control of the deformed skeleton of the face. The skeleton of the rest of the virtual character is still using the Bipde bone system. Finally, the two parts of the skeleton are connected to realize the animation of the character. The following is the construction of the muscle model in 3DS Max. In general, the characteristics of the facial muscle movement analysis can be divided into three types of muscle, which are stretching the linear muscle, the contraction of the sphincter, and the plane muscle. Then, according to the characteristics of the movement direction of these muscles, the vector model is established. The skeleton structures of the lower layer are independent of each other. In particular, in this model, each muscle vector has its own influence domain and its influence will be controlled by the radius distance function of other muscle attachment point radius. Figure3是一个图的线性肌肉,肌肉向量的固定端点在哪里吗V1和肌肉向量的另一端V2;这两个变量的解决方案是直接获得的法向量的计算公式。意味着肌肉影响领域的任何点。代表的位置后动作。代表点之间的距离和固定端点。Ω代表领域中的最大角的影响。代表的角度向量距离主线的行动点。当肌肉收缩运动,位移的表达式P来P′所示
K是常数,
如图4括约肌的,这是一个图,点的位移运动括约肌计算由以下方程: 在哪里表示为重心,代表了弹性参数。的定义显示为方程(3)和(4),分别为: 在哪里是一个门槛。也就是说,当小于 , 是零。代表了一种加权距离,定义为所示 在哪里和 ,分别代表的纵坐标和横坐标 ,而和代表的半径椭圆图的长度4。
图5飞机是一个示意图肌肉。肌肉表示为平面的宽度 。飞机的长度表示为肌肉 。场的影响 。运动的位移表示为 。最大的两个端点的肌肉动作表示为 。肌肉动作表示为的两个端点 。的两个端点中心线表示为 。 点之间的距离和作用线。如方程所示(6),计算方法显示如下: 在哪里表示参数,这取决于具体情况。的表达函数方程所示(7)和(8):
的指数参数选择的本身。
和 。
创建一个3 d动画虚拟和仿真的字符表达式完全创建并由计算机3 d图形技术。因此,我们的想法是清晰和正确的项目生产过程有利于任务的顺利完成,以避免问题的过程错误或顺序混乱生活,费时,费力,和高成本的生产过程。然后,在模拟3 d动画角色的设计表达式,我们需要设计生产原则来制定过程根据实际的技术和需求。如图6这是本文的原理图。从图中可以看出,生产原理是基于3 d动画角色表情的需要。我们用科学的多边形模型创建路由和分配地图坐标在同一时间。然后,ZBrush雕刻细节和正常使用PS材料的呈现。然后,它是用于驱动身体的面部表情和相应的系统,建立皮肤和运动留下了动画的输出。使用面临角色模型并结合相关的工具所提供的3 ds Max,面部表情的仿真运动可以有效地实现。
4所示。结果分析和讨论
本文主要研究作用表达式的应用仿真的框架下3 ds Max在3 d动画设计中,应用程序测试的实验是基于3 ds Max技术创建一个原始三维动画人物“亚亚”表达仿真设计。下面是具体的3 d动画人物创建的过程,如图7。通过初始化相关的外部特征信息和使用脸作用仿真模型建立在这篇文章中,我们可以认识到面临的真实模拟3 d平台在不同的场景中。
首先,根据上述生产原理和字符表达式模拟的需求,3 d动画人物生产过程如图7是发达国家。根据生产过程中,面部肌肉和人体骨骼系统。
其次,中等精度模型是建立在3 ds Max框架下,和ZBrush用于细分模型,使相应的绘图法线贴图,这样中间模型可以反映的详细影响高精度模型,增强人物的现实主义从视觉的角度来看。
同时,优化3 d动画中的场景是有利于推动的角色模型和渲染最终模型,可以节省大量的系统资源。然后,一个大角色的创建过程如图8。在创建一个大的头,人体的主要结构。我们调整的基本形状的头和头骨从一个矩形,然后完成基本从整个头部的形状通过拉伸和切线多边形的一部分。
3 ds Max软件的模型分解整个表面,所以我们需要严格设置和调整布线根据肌肉结构,以便更有效地计划细分表面的数量和获得更好的正常效果。调整后,连接更合理和间距较大,可满足三维动画虚拟角色的需求表达模拟。如图9,最后头的线路分布图表形式表达。
然后,有必要构建面部骨骼的作用,确保骨骼和关节的作用不仅可以进行独立的运动,也让周围的关节产生连锁效应,这样的角色可以真正模拟面部肌肉运动。接下来,你需要3 d动画人物“亚亚”绑定骨骼和皮肤表面模型的指导运动的网。因为面部表情骨架的头部骨骼主要负责控制面部网的运动,有必要选择从面部表情骨骼绑定皮肤。虽然皮肤生产需要不断调整,以获得令人满意的结果,从整个调整过程是选择当地的秩序。图10显示脸皮肤调整过程的一部分。
稀释过程中骨骼信封,本文主要使用刷权重方法提高理性和自然意义上的skeleton-driven网格运动时间。有必要注意夸张的重量调整面部表情和关节运动达到极限,以保证网格变形的正确性,避免关节异常变形的问题时,在一个小范围移动。
最后,三维动画角色的面部表情“亚亚”是模拟和测试。图11显示了“亚亚”的表达效果的3 d动画。根据仿真结果,即使是调整面部表情的极限,3 d动画人物的表情模拟效果“亚亚”很好。面部表情系统基于3 ds Max框架能满足需求。虽然面部运动是相对较大的眼睛,嘴,下巴,和其他部分,在表达“亚亚”这些部分更自然的面部表情,面部肌肉变形更真实的过程,和人物更生动的表达比传统的3 d动画。
与3 dmm相比,通过单个高斯模型的空间组件和使用多个混合组件(14),本文提出的方法不仅有效地提高了人脸特征识别的准确性也取得了良好的识别结果为所有姿势。该方法的准确性测试使用脸模型构造,这表明,重建3 d脸型更接近真正的3 d形状比现有方法的仿真结果。从上面的模型仿真结果,面对重建法提出了通过改变实现3 d脸型在空间和优化3 d形状及其构成以及表达每帧基于3 ds Max。与现有的方法相比,这种方法提供了较高的仿真精度,处理时间要快得多最近相关的建模方法在GPU上实现24- - - - - -27]。
5。结论
三维动画技术的发展和互联网的事情,不仅3 d动画角色,而且三维动画电影制作和广告领域的作用将出现在动画。然而,与发达国家相比,我国投资领域的3 d动画。客观环境的限制,三维动画的发展在中国落后于字符表达式。表情和对话是严重不一致;甚至动画的效果不是一种自然的现实,不能引起观众的共鸣。因此,如何提高仿真3 d动画角色表情的影响在目前的不利环境下得到了各领域的关注。摘要建设的3 d动画人物的表情3 ds Max的框架下技术提出了。肌肉运动模型和相关的系统构造根据需求和骨骼肌运动规则。最后,通过模拟原始三维动画角色的“亚亚”模拟表达式测试,3 ds Max技术框架的角色表情仿真可以提高三维动画角色的真实性和自然醒来。面部肌肉运动更符合肌肉运动规则,使角色更加生动的角色,避免面部骨骼变形过程中的异常问题。
得到了一些初步结果模型提出了重建的脸。而不同的脸效果通常是由三维重建模型,本研究有一定的参考价值的深入研究三维表面重建。作为一个初步的探索,本研究不可避免的局限性,指出了未来进一步的研究方向。为了真正反映面部表情,不同的特征融合方法通常用于处理不同的面部表情和其他的形态学特征28- - - - - -30.]。因此,如何有效整合当地的人脸的特征将在未来要解决的主要问题。
数据可用性
标签数据集用于支持本研究的发现可以从相应的作者。
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突。
确认
作者要感谢陕西省教育部的项目”的创新应用研究陕西凤翔泥塑象征元素在当代动画角色设计的策略下文化复兴”(没有。19 jk0895)。