1、三維人臉建模是計算機(jī)圖形學(xué)和計算機(jī)視覺領(lǐng)域最根本、最困難的問題之一，也是近年來國際上最活躍的研究熱點。真實感人臉建模的研究在電影、廣告、人物動畫、計算機(jī)游戲、視頻會議、人機(jī)交互、醫(yī)學(xué)、公安安全等許多領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景，其中人臉識別是重要應(yīng)用之一。 目前的人臉識別方法主要集中在二維圖像方面，但由于受到光照、姿勢、表情變化等因素的影響，其識別的準(zhǔn)確度受到很大的限制。利用三維人臉模型是解決目前問題的有效方法之一。另外，隨著通訊業(yè)和數(shù)

2、字娛樂產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，由計算機(jī)自動生成三維卡通人像的技術(shù)將得到廣泛應(yīng)用。以動畫、卡通、視頻及網(wǎng)絡(luò)游戲、手機(jī)游戲等為代表的動漫產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為許多國家的經(jīng)濟(jì)增長點。作為數(shù)字化動漫的關(guān)鍵技術(shù)的三維卡通人像生成技術(shù)，也值得深入探索。 傳統(tǒng)的三維人臉建模方法大多需要提取多幅圖像的人臉信息，再通過修改一般模型完成。形變模型（Morphable Model）方法是近幾年出現(xiàn)的三維人臉建模新方法，可以針對單幅圖像進(jìn)行三維建模。雖然該模型同以往的參數(shù)模

3、型、肌肉模型以及視覺模型相比，具有真實感好、自動化等特點，但目前該模型在模型建立、優(yōu)化等方面還存在諸多問題，在模型應(yīng)用方面也缺乏探索。針對上述問題，本文在形變模型方法的基礎(chǔ)上，對單幅圖像的快速人臉建模方法及應(yīng)用方面展開了研究，主要的工作內(nèi)容包括： 1)基于單幅圖像的三維人臉建模方法及改進(jìn)。 在研究了三維人臉形變模型的方法的基礎(chǔ)上，針對其現(xiàn)存的一些問題，提出了改進(jìn)的基于稀疏形變模型的人臉建模方法，順利地解決了傳統(tǒng)形變模型方

4、法中需要將三維人臉庫進(jìn)行像素級對齊的困難問題，實現(xiàn)了基于單幅照片進(jìn)行快速三維人臉建模的系統(tǒng)。主要技術(shù)包括稀疏模型的建立，人臉圖像的檢測和特征點提取，參數(shù)的最優(yōu)化，以及幾何模型的彈性變形技術(shù)。另外，提出了基于膚色模型的皮膚紋理合成方法，通過引入膚色模型的插值技術(shù)，增強(qiáng)了三維人臉側(cè)面皮膚的真實感和應(yīng)用價值。 2) 三維人臉表情的合成。 研究了基于表情編碼系統(tǒng)生成表情的方法，將其應(yīng)用在三維人臉模型上，實現(xiàn)了靈活可控的三維人臉的

5、表情合成。 3) 三維人臉卡通化。 研究了計算機(jī)自動生成卡通人臉的技術(shù)，并將其應(yīng)用在三維人臉模型上。提出了基于全局結(jié)構(gòu)和局部形狀進(jìn)行自動特征夸張的人臉卡通化方法，實現(xiàn)了由單幅人臉照片生成多種不同風(fēng)格的卡通人臉技術(shù)。 4) 人臉識別的應(yīng)用研究。 本文針對人臉識別中的光照和姿態(tài)問題，研究了基于三維人臉模型的人臉識別方法。利用三維人臉合成了多種姿態(tài)，光照和表情的虛擬人臉圖像，用于補充訓(xùn)練樣本，增強(qiáng)了多角度人臉識