CN101916456B - 一种个性化三维动漫的制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种个性化三维动漫的制作方法，步骤为：首先进行多视点真人头部图像的采集，然后基于多视点图像的三维真人头像建模，再进行变姿态虚拟真人头像的绘制，最后进行个性化三维动漫的合成。采用本发明，可以极大地降低个性化三维动漫的制作成本和制作时间，且制作出来的三维动漫人物真实感强，以较低的成本实现个性化三维动漫制作的简单化，批量化，快速化和自动化。

Description

一种个性化三维动漫的制作方法

技术领域

本发明涉及一种个性化三维动漫的制作方法，属于计算机动漫技术领域。

背景技术

随着3D电影《阿凡达》在全球的热播和票房的火爆，三维动漫在国内外也得到越来越多的重视。皮克斯的最新3D力作《飞屋环游记》、《鬼妈妈》、《了不起的狐狸爸爸》，不论从动漫内容上还是技术上，都呈现出比2D动漫或剧情片更具吸引力的赶超趋势。

以个人用户为动漫主角的个性化三维动漫，可广泛应用于儿童MV，艺术相册，艺术动画，情侣婚庆等市场，满足人们对于个性化和差异化的追求，市场前景不可估量。

然而，由于个性化三维动漫面向的是个人用户，因此需要针对每个用户，建立该用户的人物模型，再将此人物模型融入到三维动漫场景模型中进行渲染，得到三维动漫视频。这样制作出来的个性化三维动漫成本极高，动辄数千元/秒的制作成本使得它难以成为个人用户的消费选择，目前尚无较好的替代方案或解决办法。对大部分人来说，拥有一部“自己主演的动画片”对于普通人来说依然是一个遥不可及的梦想。

另一方面，现有的三维动漫制作主要通过造型技术来建立人物角色的模型，就是以曲线、曲面等模型为基元，通过人工操作和组合，绘制出人物的模型。它涉及到大量枯燥复杂的人工操作，成本高，制作时间长，难以模拟人物的细节以及一些复杂的光照效果，并且模型的真实感较差，与真实人物相去甚远，普通人一眼就能分辨出二者的差异。

综上所述，传统的三维动漫制作方法在面向个人用户时制作成本高昂，制作时间长，真实感差，难以进入个人消费领域。因此，急需一种新型的、低成本、自动化的个性化三维动漫制作方法。

发明内容

本发明的目的是为了克服传统的三维动漫制作针对个人用户进行个性化定制中的缺陷：成本高昂，制作时间长，真实感差，需要大量枯燥复杂的人工操作等等。为此，本发明提出一种个性化三维动漫的制作方法。采用本发明，可以极大地降低个性化三维动漫的制作成本和制作时间，且制作出来的三维动漫人物真实感强，以较低的成本实现个性化三维动漫制作的简单化，批量化，快速化和自动化。

按照本发明提供的技术方案，所述个性化三维动漫的制作方法包括如下步骤：

1)多视点真人头部图像的采集：

利用相机对个人用户从多个不同角度进行头部的拍摄，获取该用户头部的多视点图像；

2)基于多视点图像的三维真人头像建模：

对所采集的多视点图像，采用SIFT(Scale-invariant feature transform)技术来获取多视点图像中的对应特征点，以此特征点作为约束来恢复相机参数，并根据此相机参数进行射影重构来修正特征点中的误匹配对，得到稀疏点云模型；同时，以所述稀疏点云模型作为约束，进行基于立体视觉的三维重建，并经过融合，得到密集的点云模型，即三维真人头像模型；

3)变姿态虚拟真人头像的绘制：

对得到的密集点云模型进行特征点的提取和特征点列的重采样，然后进行基于轮廓的空间点三角化，再使用OpenGL(Open Graphics Library)技术，实现重建目标的三维显示，即虚拟真人头像；

4)个性化三维动漫的合成：

对三维动漫中的角色头像信息进行标记，记录角色头像在视频中的姿态、位置、大小信息，结合变姿态虚拟头像渲染技术，将具有动漫角色的相同位置、姿态和大小的虚拟真人头像直接嵌入到动漫视频当中，替换三维动漫中的原角色头像，实现虚拟真人头像与三维动漫的无缝嵌入。

所述基于多视点图像的三维真人头像建模的步骤为：

a)基于SIFT技术对多视点图像的特征点抽取和匹配；

b)利用RANSAC(RANdom SAmple Consensus)算法去除匹配结果中的野点；

c)根据匹配结果进行相机的自标定，获取相机内参和外参；

d)利用相机的参数，对特征点进行射影重构，来修正特征点中的误匹配对，得到的稀疏点云模型；

e)以所述稀疏点云模型为基础，进行基于立体视觉的三维重建，对重建结果进行融合，得到密集的点云模型。

所述变姿态虚拟真人头像的绘制的步骤为：

a)对采集的多视点图像进行基于轮廓的特征提取；

b)对提取出的多视点图像的轮廓按创建polygonal-chain的方法，形成点列，并对此点列进行重采样，以减少后续阶段中处理的数据量；

c)结合密集点云模型对重采样后的点列进行基于轮廓的空间点三角化，形成三角面片；

d)对所述三角面片进行纹理抽取和贴图；

e)基于OpenGL技术的三角面片可视化，实现真人头像的变姿态绘制。

所述个性化三维动漫的合成步骤为：

a)对三维动漫中的角色头像信息逐帧进行标记，记录角色头像在视频中的姿态、位置、大小信息；

b)根据角色头像的标记信息，生成每个姿态下的虚拟真人头像。

c)以虚拟真人头像来替换三维动漫中当前帧的角色头像，所述虚拟真人头像和角色头像具有相同位置、姿态和大小；

d)对替换后的帧进行合成，生成所需的个性化三维动漫视频。

本发明的优点是：

1.基于民用级的摄像机或相机所获取的多视点图像和通用的硬件计算平台，快速构建出数字化三维真人头像模型，模型精度高，真实感强。

2.除多视点图像的采集和动漫角色信息的标定外，整个过程全自动实现，实现个性化三维动漫制作的简单化，快速化和批量化。

3.无需复杂的人工建模操作，成本低，制作周期短，速度快。

附图说明

图1为本发明所述方法的流程图。

图2为个性化三维动漫真人头像的合成。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，本发明主要步骤如下：

1)多视点真人头部图像的采集

利用民用级的相机，对个人用户从多个不同角度进行头部的拍摄，获取该用户头部的多视点图像。

为实现较好的拍摄效果，可采取如下5P的拍照方案：真人头部的正对位置(正位)1张；左正位2张，拍摄角度间隔为30度；右正位2张，拍摄角度间隔为30度；垂直方向上下位置各一张，与正位的角度间隔均为30度。

2)基于多视点图像的三维真人头像建模

针对民用级的数码相机所采集的多视点图像，采用SIFT技术来获取多视点图像中的对应特征点，以此作为约束来恢复相机参数，并根据此参数进行射影重构来修正特征点中的误匹配对，得到的稀疏点云模型。同时，以此结果作为约束，进行基于立体视觉的三维重建，并经过融合，得到密集的点云模型，具体步骤如下：

a)基于SIFT技术的多视点图像的特征点抽取和匹配；

b)利用RANSAC算法去除匹配结果中的野点；

c)根据匹配结果进行相机的自标定，获取相机内参和外参；

d)利用相机的参数，对特征点对进行射影重构，来修正特征点中的误匹配对，得到的稀疏点云模型；

e)以稀疏点云模型为基础，进行基于立体视觉的三维重建，对重建结果进行融合，得到密集的点云模型。

3)变姿态虚拟真人头像的绘制

对真人头像建模得到的密集点云数据进行特征点的提取和特征点列的重采样，然后进行基于轮廓的空间点三角化，再使用OpenGL技术，实现重建目标的三维显示，具体步骤如下：

a)对输入多视点图像进行基于轮廓的特征提取；

b)对提取出的多视点图像的轮廓按创建polygonal-chain的方法，形成点列，并对此点列进行重采样，以减少后续阶段中处理的数据量；

c)结合密集点云模型对重采样后的点列进行基于轮廓的空间点三角化，形成三角面片；

d)对三角面片进行纹理抽取和贴图；

e)基于OpenGL技术的三角面片可视化，实现真人头像的变姿态绘制。

4)个性化三维动漫的合成

对三维动漫中的角色头像信息进行标记，记录其在视频中的姿态、位置、大小等信息，结合变姿态虚拟头像渲染技术，将具有动漫角色的相同位置和姿态的真人头像直接嵌入到动漫视频当中，替换三维动漫中的原角色头像，实现真人头像与三维动漫的无缝嵌入。

如图2所示，具体步骤如下：

a)对三维动漫中的角色头像信息逐帧进行标记，记录其在视频中的姿态和位置等信息。

b)根据角色头像的标记信息，生成该姿态下的虚拟真人头像。

c)以虚拟真人头像来替换三维动漫中当前帧的角色头像。

d)对替换后的结果进行合成，生成所需的个性化三维动漫视频。

Claims (4)

1.一种个性化三维动漫的制作方法，其特征是所述方法包括如下步骤：

1)多视点真人头部图像的采集：

利用相机对个人用户从多个不同角度进行头部的拍摄，获取该用户头部的多视点图像；

2)基于多视点图像的三维真人头像建模：

对所采集的多视点图像，采用SIFT技术来获取多视点图像中的对应特征点，以此特征点作为约束来恢复相机参数，并根据此相机参数进行射影重构来修正特征点中的误匹配对，得到稀疏点云模型；同时，以所述稀疏点云模型作为约束，进行基于立体视觉的三维重建，并经过融合，得到密集的点云模型，即三维真人头像模型；

3)变姿态虚拟真人头像的绘制：

对得到的密集点云模型进行特征点的提取和特征点列的重采样，然后进行基于轮廓的空间点三角化，再使用OpenGL技术，实现重建目标的三维显示，即虚拟真人头像；

4)个性化三维动漫的合成：

对三维动漫中的角色头像信息进行标记，记录角色头像在视频中的姿态、位置、大小信息，结合变姿态虚拟头像渲染技术，将具有动漫角色的相同位置、姿态和大小的虚拟真人头像直接嵌入到动漫视频当中，替换三维动漫中的原角色头像，实现虚拟真人头像与三维动漫的无缝嵌入。

2.如权利要求1所述个性化三维动漫的制作方法，其特征是所述基于多视点图像的三维真人头像建模的步骤为：

a)基于SIFT技术对多视点图像的特征点抽取和匹配；

b)利用RANSAC算法去除匹配结果中的野点；

c)根据匹配结果进行相机的自标定，获取相机内参和外参；

d)利用相机的参数，对特征点进行射影重构，来修正特征点中的误匹配对，得到的稀疏点云模型；

e)以所述稀疏点云模型为基础，进行基于立体视觉的三维重建，对重建结果进行融合，得到密集的点云模型。

3.如权利要求1所述个性化三维动漫的制作方法，其特征是所述变姿态虚拟真人头像的绘制的步骤为：

k)对采集的多视点图像进行基于轮廓的特征提取；

l)对提取出的多视点图像的轮廓按创建polygonal-chain的方法，形成点列，并对此点列进行重采样，以减少后续阶段中处理的数据量；

m)结合密集点云模型对重采样后的点列进行基于轮廓的空间点三角化，形成三角面片；

n)对所述三角面片进行纹理抽取和贴图；

o)基于OpenGL技术的三角面片可视化，实现真人头像的变姿态绘制。

4.如权利要求1所述个性化三维动漫的制作方法，其特征是所述个性化三维动漫的合成步骤为：

a)对三维动漫中的角色头像信息逐帧进行标记，记录角色头像在视频中的姿态、位置、大小信息；

b)根据角色头像的标记信息，生成每个姿态下的虚拟真人头像；

c)以虚拟真人头像来替换三维动漫中当前帧的角色头像，所述虚拟真人头像和角色头像具有相同位置、姿态和大小；

d)对替换后的帧进行合成，生成所需的个性化三维动漫视频。

Images