CN102861439A - 面部表情模拟装置 - Google Patents

Abstract

一种面部表情模拟装置，包括头部主体、附着于头部主体上的面部模型、牵拉绳及牵引装置。面部模型由弹性材料制成，且在面部模型特征点的部位设有牵拉点。多条牵拉绳的一端分别与牵拉点固定连接，另一端与牵引装置连接。牵引装置可驱动牵拉绳拉动牵拉点，以使面部模型在特征点的部位产生形变。在通过上述面部表情模拟装置模仿面部表情，如哭或笑时，牵引装置通过牵拉绳拉动牵拉点，使面部模型的特征点所在的部位产生活动，以模仿真实的人脸在哭或笑时脸部肌肉的活动。因此，在模拟面部表情时，上述面部表情模拟装置不仅仅只能模仿个别器官，如眼或嘴的行为，还能模拟脸部肌肉的活动。从而可有效提高模仿的仿真度。

Description

面部表情模拟装置

技术领域

本发明涉及机械仿真技术，特别是涉及一种面部表情模拟装置。

背景技术

传统的面部表情模拟装置以玩偶为例，大致包括肢体、躯干及头部。为了达到较好的仿真效果，一般肢体与躯干通过活动关节连接，并利用驱动装置带动活动关节转动，进而实现玩偶模拟人或动物的行走。而且，在躯干中一般还会嵌入微型播放器，并预先存储特定的声音，当触动特定按钮时便会播放预先存储的声音，模仿人的笑声、哭声或动物的叫声。此外，为了配合声音，还需要玩偶模仿相应的面部表情。

实现玩偶模仿面部表情的方式一般是：眼睛和嘴巴采用活动板块拼接而成，且活动板块可在驱动装置的驱动下运动，使眼睛和嘴巴实现展开、闭合等，进而模仿哭和笑的表情。

然而，传统的表情模拟装置虽然能模仿简单的哭和笑的表情，但是模仿仅限于嘴和眼的行为而忽略其他部位的活动。而人的表情不仅涉及到个别器官，还涉及到整个脸部肌肉。因此，传统的表情模拟装置的仿真度较低。

发明内容

基于此，有必要针对传统的面部表情模拟装置的仿真度较低问题，提供一种可提高模仿的仿真度的面部表情模拟装置。

一种面部表情模拟装置，包括：

头部主体；

面部模型，附着于所述头部主体上，所述面部模型由弹性材料制成，且在所述面部模型上特征点的部位设有牵拉点；

多条牵拉绳，分别与所述牵拉点固定连接，可牵拉所述牵拉点活动；

牵引装置，与所述牵拉绳远离所述牵拉点的一端连接，用于驱动所述牵拉绳拉动所述牵拉点，以使所述面部模型在牵拉点的部位产生形变。

在其中一个实施例中，所述面部模型通过结构胶粘接于所述头部主体上，且所述面部模型与所述头部主体形成闭合的收容腔。

在其中一个实施例中，所述牵引装置收容于所述收容腔内。

在其中一个实施例中，所述头部主体上开设有方形窗口，所述头部主体还包括后盖，所述后盖覆盖所述方形窗口，并可拆卸的固定于所述头部主体上。

在其中一个实施例中，所述牵引装置包括：

底板，其上设有滑轨；

电动机，固定于所述底座上，所述电动机的转轴上设置有偏心轮；

牵引框，其上设有滑块，所述滑块卡持于所述滑轨上并相对于所述滑轨可滑动，所述偏心轮置于所述牵引框内，所述电动机转动带动所述偏心轮转动，所述偏心轮与所述牵引框的边框作用，驱动所述牵引框往复运动。

在其中一个实施例中，所述多条牵拉绳远离所述牵拉点的一端与所述牵引框连接。

在其中一个实施例中，还包括内骨架，所述内骨架贴附于所述面部模型靠近所述头部主体的一侧，以支撑所述面部模型。

在其中一个实施例中，所述内骨架上开设有通孔，所述牵拉绳从所述通孔中穿过。

在其中一个实施例中，所述通孔为多个，若某一牵拉绳从不同的通孔中穿过，则可从不同方向牵拉所述牵拉点。

在其中一个实施例中，还包括控制装置，所述控制装置中预先存储有面部表情对应的控制指令，所述控制装置与所述牵引装置电连接，可根据所述控制指令控制牵引装置带动牵拉绳运动。

上述面部表情模拟装置，包括头部主体、附着于头部主体上的面部模型、牵拉绳及牵引装置。面部模型由弹性材料制成，且在面部模型特征点的部位设有牵拉点。多条牵拉绳的一端分别与牵拉点固定连接，另一端与牵引装置连接。牵引装置可驱动牵拉绳拉动牵拉点，以使面部模型在特征点的部位产生形变。在通过上述面部表情模拟装置模仿面部表情，如哭或笑时，牵引装置通过牵拉绳拉动牵拉点，使面部模型的特征点所在的部位产生活动，以模仿真实的人脸在哭或笑时脸部肌肉的活动。因此，在模拟面部表情时，上述面部表情模拟装置不仅仅只能模仿个别器官，如眼或嘴的行为，还能模拟脸部肌肉的活动。从而可有效提高模仿的仿真度。

附图说明

图1为本发明较佳实施例中的面部表情模拟装置的主视图；

图2为图1面部表情模拟装置的后视图；

图3为图1面部表情模拟装置的爆炸图；

图4为本发明较佳实施例中的面部表情模拟装置的牵引装置的示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

特征点就是组合起来可以相对唯一的标识一副图像的点。而面部特征点即能唯一标识面部表情的点。当产生不同面部表情时，面部特征点会对应特定的行为。因此，通过确定面部特征点的行为，便可唯一确定面部表情。

请参阅图1、图2及图3，本发明较佳实施例中的面部表情模拟装置100包括头部主体110、面部模型120、牵拉绳130、牵引装置140及内骨架150。

头部主体110主要起固定面部模型120的作用。在本实施例中，头部主体110上开设有方形窗口111。通过方形窗口111可对头部主体110的内部进行操作。此外，头部主体110还包括后盖113。后盖113覆盖方形窗口111，并可拆卸的固定于头部主体110上。需要指出的是，在其他实施例中，头部主体110上可不开设方形窗口111，进而也不用设置后盖113。

面部模型120模仿人或动物的脸形制作而成。制作面部模型120的材料为弹性材料，牵扯面部模型120可使其产生形变。面部模型120上包括多个特征点，包括嘴部的特征点、眼部特征点、面部特征点等。面部模型120的特征点的位置与在真实的人或动物的脸解剖特征点的位置相同，因此，通过使面部模型120上的特征点模仿人或动物产生面部表情时其特征点的行为，便可模仿人或动物的面部表情。面部模型120的特征点部位设有牵拉点121，通过牵动牵拉点121可使面部模型120在特征点处产生形变，进而实现模仿面部表情。面部模型120附着于头部主体110上。在本实施例中，面部模型120通过结构胶粘接于头部主体110上。且面部模型120与头部主体110形成闭合的收容腔。由于面部模型120粘接于头部主体110上，因此，可根据需要更换不同的面部模型120，以使面部表情模拟装置100实现更丰富的面部表情。需要指出的是，在其他实施例中，面部模型120还可通过卡槽卡合或螺钉紧固的方式与头部主体110相连。此外，面部模型120还可与头部主体110一体成型。

牵拉绳130为多条，且分别与牵拉点121固定连接。牵拉绳130可牵拉牵拉点121活动，从而使面部模型120在特征点处产生形变，进而实现模仿面部表情。

牵引装置140与牵拉绳130远离牵拉点121的一端连接。牵引装置140用于驱动牵拉绳130拉动牵拉点121，以使面部模型120在牵拉点121的部位产生形变。在本实施例中，牵引装置140收容于面部模型120与头部主体110形成的收容腔内。因此，可合理利用空间，进而减小面部表情模拟装置100所占的体积。

请参阅图4，在本实施例中，牵引装置140包括底板141、电动机143及牵引框145。

底板141上设有滑轨1412。电动机143固定于底座141上。电动机143的转轴上设置有偏心轮1432。牵引框145上设有滑块1452。滑块1452卡持于滑轨1412内并相对于滑轨1412可滑动。偏心轮1432置于牵引框145内，电动机143转动带动偏心轮1432转动，偏心轮1432与牵引框145的边框作用，驱动牵引框145往复运动。

在本实施例中，多条牵拉绳130远离牵拉点121的一端汇集，并与牵引框145连接。当牵引框145往复运动时，带动牵拉绳130拉扯牵拉点121，从而使面部模型120在兴趣点处产生形变。

需要指出的是，上述结构仅为牵引装置140优选实时方式的一种，在其他实施例中，牵引装置140还可采用其他结构代替。如：牵引装置140还可为汽缸，牵拉绳130远离牵拉点121的一端连接在汽缸的活塞杆上，通过汽缸的工作带动牵拉绳130牵扯牵拉点121。

在一个实施例中，上述面部模拟表情100用于当作人形玩偶（图未示）时，还包括用于支撑面部模拟表情100的躯干部分（图未示）。牵拉绳130通过设于头部主体110上的固定导环（图未示）连接到躯干部分。当对躯干部分施加压力（玩家捏动躯干部分），使之产生形变而带动牵拉绳130拉扯牵拉点121，从而使面部模型120在兴趣点处产生形变。此时，躯干部分作为牵引装置140，不需要另外加入其他驱动装置，如电动机。从而简化了面部模拟表情100的结构。

请再次参阅图3，内骨架150由硬质材料，如硬质塑料或轻质合金制成。因此，内骨架150的机械强度较高，可起到一定的抗压作用。内骨架150贴附于面部模型120靠近头部主体110的一侧。由于面部模型120由弹性材料制成，抗压能力较差。因此，内骨架150可起到支撑面部模型120的作用，防止外力过大时面部模型120产生大面积的塌陷。

在本实施例中，内骨架150上开设有通孔151，牵拉绳130从通孔151中穿过。进一步的，通孔151为多个，牵拉绳130从不同的通孔151中穿过，可使牵拉绳130牵拉牵拉点121的方向不同。具体的，通孔151分布于整个内骨架150的上，按照面部模型120的顺序，通孔151中一部分与牵拉点121平齐，一部分低于牵拉点121，一部分高于牵拉点121。当牵拉绳130从与牵拉点121平齐的通孔151穿过时，则牵拉绳130会水平牵扯该牵拉点121。当牵拉绳130高于牵拉点121的通孔151穿过时，则牵拉绳130会向上牵扯该牵拉点121，而使该牵拉点121对应的特征点上翘。当牵拉绳130从低于牵拉点121的通孔151穿过时，则牵拉绳130会向下牵扯该牵拉点121，而是该牵拉点121对应的特征点下拉。

由于在实现不同面部表情时，面部特征点的行为是不一样的。例如，微笑时，眼部和嘴角的特征点均上翘。而哭时，眼角和嘴角的特征点均下拉。而将牵拉绳130从不同的通孔151中穿过，则可实现当面部表情模拟装置100模仿不同面部表情时，可使特征点产生对应的行为，而不是在模仿任何面部表情时，特征点的行为均一样。因此，可进一步提高模仿的仿真度。

需要指出的是，在其他实施例中，内骨架150可省略。此时，为了固定牵拉绳130的牵拉路径，可在头部主体110上设置多个固定导环（图未示）。牵拉绳130从固定导环中穿过，并与牵引装置140连接。

在本实施例中，面部表情模拟装置100还包括控制装置（图未示）。控制装置中预先存储有面部表情对应的控制指令。具体的，人和动物在产生面部表情时，所涉及到的特征点以及特征点的行为是不同的。例如，微笑时涉及的特征点在眼部及嘴角，且特征点的行为均为上翘。而哭时，涉及的特征点虽也在眼部及嘴角，但其行为则为下拉。上述控制指令则具体为：模仿特定面部表情时，所涉及的特征点（也即面部模型120上的牵拉点121）以及该特征点的行为（如：上翘或下拉）。

此外，面部表情模拟装置100还包括与控制装置电连接的音频播放器（图未示）。控制装置中预先存储有面部表情对应的音频文件。当面部表情模拟装置100在模仿特定的面部表情时，控制装置控制音频播放器播放对应的音频文件，实现与面部表情的同步，从而进一步提高模仿面部表情的仿真度。

在一个实施例中，可预先对面部模型120上的牵拉点121进行编号，上述控制指令中则包含模仿特定的面部表情需要设计的牵拉点121的编号。控制装置与牵引装置141电连接，并根据控制指令控制牵引装置140带动牵拉绳130运动。例如，当需要模拟微笑时，先从预先存储的控制指令中查找到对应的控制指令，再根据该对应的控制指令控制牵引装置140，带动眼部及嘴角的牵拉点121上翘。控制装置可使面部表情模拟装置100在模仿面部表情时准确的选择涉及到的特征点，并使特征点产生相应的行为，从而使模仿更加精准。

面部表情模拟装置100，包括头部主体110、附着于头部主体110上的面部模型120、牵拉绳130及牵引装置140。面部模型120由弹性材料制成，且在面部模型120特征点的部位设有牵拉点121。多条牵拉绳130的一端分别与牵拉点121固定连接，另一端与牵引装置140连接。牵引装置140可驱动牵拉绳130拉动牵拉点121，以使面部模型120在特征点的部位产生形变。在通过面部表情模拟装置100模仿面部表情，如哭或笑时，牵引装置140通过牵拉绳130拉动牵拉点1421，使面部模型120的特征点所在的部位产生活动，以模仿真实的人脸在哭或笑时脸部肌肉的活动。因此，在模拟面部表情时，面部表情模拟装置100不仅仅只能模仿个别器官，如眼或嘴的行为，还能模拟脸部肌肉的活动。从而可有效提高模仿的仿真度。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种面部表情模拟装置，其特征在于，包括：

头部主体；

面部模型，附着于所述头部主体上，所述面部模型由弹性材料制成，且在所述面部模型上特征点的部位设有牵拉点；

多条牵拉绳，分别与所述牵拉点固定连接，可牵拉所述牵拉点活动；

牵引装置，与所述牵拉绳远离所述牵拉点的一端连接，用于驱动所述牵拉绳拉动所述牵拉点，以使所述面部模型在牵拉点的部位产生形变。

2.根据权利要求1所述的面部表情模拟装置，其特征在于，所述面部模型通过结构胶粘接于所述头部主体上，且所述面部模型与所述头部主体形成闭合的收容腔。

3.根据权利要求2所述的面部表情模拟装置，其特征在于，所述牵引装置收容于所述收容腔内。

4.根据权利要求3所述的面部表情模拟装置，其特征在于，所述头部主体上开设有方形窗口，所述头部主体还包括后盖，所述后盖覆盖所述方形窗口，并可拆卸的固定于所述头部主体上。

5.根据权利要求1所述的面部表情模拟装置，其特征在于，所述牵引装置包括：

底板，其上设有滑轨；

电动机，固定于所述底座上，所述电动机的转轴上设置有偏心轮；

牵引框，其上设有滑块，所述滑块卡持于所述滑轨上并相对于所述滑轨可滑动，所述偏心轮置于所述牵引框内，所述电动机转动带动所述偏心轮转动，所述偏心轮与所述牵引框的边框作用，驱动所述牵引框往复运动。

6.根据权利要求5所述的面部表情模拟装置，其特征在于，所述多条牵拉绳远离所述牵拉点的一端与所述牵引框连接。

7.根据权利要求1所述的面部表情模拟装置，其特征在于，还包括内骨架，所述内骨架贴附于所述面部模型靠近所述头部主体的一侧，以支撑所述面部模型。

8.根据权利要求7所述的面部表情模拟装置，其特征在于，所述内骨架上开设有通孔，所述牵拉绳从所述通孔中穿过。

9.根据权利要求8所述的面部表情模拟装置，其特征在于，所述通孔为多个，若某一牵拉绳从不同的通孔中穿过，则可从不同方向牵拉所述牵拉点。

10.根据权利要求1所述的面部表情模拟装置，其特征在于，还包括控制装置，所述控制装置中预先存储有面部表情对应的控制指令，所述控制装置与所述牵引装置电连接，可根据所述控制指令控制牵引装置带动牵拉绳运动。

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