人脸建模与动画是计算机图形学领域研究的热点和难点,随着计算机动画技术、影视技术、电子游戏、虚拟现实等应用的发展,这一研究领域越来越受到人们的重视。本文对国内外现有的人脸建模与动画技术和方法进行了综述,在比较现有人脸建模与动画所采用的方法基础之上,针对人脸建模与动画中头部建模造型、纹理映射和动画驱动等关键技术,进行了深入的研究,提出了自己的方法,并设计实现了人脸建模与动画的原型系统。本文的主要工作包括: (1) 采用了分层设计的规则逻辑网格的思想进行脸部轮廓造型设计。这种脸部轮廓造型法可进行脸部表面交互设计,特别是在某一区域脸部轮廓网格较粗时,可采用局部网格细分割法,细分脸部网格点,使细分后的网格多边形保持原粗略轮廓特征多边形构造的二次Bezier曲面的不变性,从而实现网格局部光滑细化,便于表现更细致的表情动作。 (2) 提出了分区域的纹理映射方法。根据人脸特征进行脸部区域分类,将人脸区域分成比较平坦区域和凹凸明显区域两类。针对不同的区域使用不同的纹理映射方法,采用校对纹理坐标的思想,实现部位的准确纹理映射。该方法可使得指定的人脸照片纹理较逼真地映射到一般三维人脸模型上。 (3) 提出了能融合MPEG-4脸部动画参数标准的肌肉模型动画驱动方法。在MPEG-4脸部动画参数的标准上,考虑脸部组织学、解剖学和生物力学等特点,提出了脸部肌肉和皮肤运动的动态模型并设计表情动作单元调节器。按照脸部编码系统,设计实现典型的人脸表情动画,表情动画效果表现逼真。该方法可使得MPEG-4脸部动画参数容易映射到动作单元调节器上,比较真实地表现脸部表情动作。 (4) 设计和开发了基于组件技术的人脸建模与动画原型系统。采用面向对象的分析与设计思想,将系统划分为三个主要部分:三维人脸模型交互设计部分、纹理映射部分和动画驱动部分,并开发出相应的组件,降低了对象之间的耦合度,使得系统具有良好的可重用性和可移植性。