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1、 河北大学硕士学位论文面部表情皱纹的力学模型姓名：李会云申请学位级别：硕士专业：固体力学指导教师：刚芹果20050601 除 了 文 中 特 别加以标 注和 致 谢的 地方外 ，论 文中 不包 含 其 他 人已 经发 表 或 撰 写 的 研究 成 果，也 不包 含 为 获 得 河 北大 学 或 其 他 教育机 构 的学 位 或 证书所 使 用 过 的材料 。与 我一 同工作的 同志 对 本 研究 所做 的任 何贡 献 均 己 在论 文 中 作了 明确的 说明并表 示 了 致 谢。学 位 论 文 使 用 授 权声明本 人完 全 了 解 河 北大 学 有关 保 留、 使 用 学 位 论 文 的 规
2、 定，即 ：学 校 有权保 留作者 签名 ：导师 签名 ： 动 画概 述 河 北大学 工 学 硕士 学 位 论 文 人 脸 的计 算 机模 拟 长 期 以 来一 直 是计 算 机图形学 以 及人 机交 互中 非 常活跃的研 究领域 。 而 真 实 感 人 脸 合 成 应 用 于诸 如 电影 、 广 告 人 物动 画、 计 算 机游 戏 、 视 频 会议 、 人机接 口、 面 部外 科 手术 、 电视 节 且 、 计 算 机辅 助 手语 教 学 以 及心理学 、 认 知科 学 等 许 多领域 。 人 脸动画系 统能 够 丰 富 人 一 机接 口， 增强 系统非 口语 语 言通信 及表 情信 号
3、的能 力 ，使入 帆接 口更 令使 用 者感 兴 趣， 且 更 易于使用 。 力 学 、 生 理学 、 计 算 机科 学 以 及心理学 、 认 知科 学 等 多 个 学 科 的知识。 但到 目 前为止 ，计 算 机生 成 人 脸 表 情动 画的技 术 还 不够 成 熟 ， 虽 然 有 一 些相关 的产品 或 系 统， 如 电视 节日中 的虚拟 主 持人 ，但其 真 实 感 还 有 待 提高 “。 从 世 纪 年 代以 来， 真 实 感 人 脸 合 成 已 经 得到 了长 足 的发 展 ， 大 体 上可 以 分 为三 个 阶 段： 年 代以 来的参 数 模 型 、 年 代以 来的肌 肉模 型 和
4、近 年 来基 于图像 的建模与绘 制 技 术 。第 二阶 段： 年 代以 来的肌 肉模 型 焕嫉 蚀奂紧 眐是肌 麟陛徽其 中 ： 羌 獾 猿 珽 为常 数 ， 一 般 取整值 。 蚑 。 ”等 人 改进 了 的模 型 ， 同 样为层状 结 构 ， 不同 的是各层之 节 点 间由弹 簧 连 接 ，同 时通过 弹 簧 连 接 到 节 点 、 希 嵌 灞 湛捉 钅砻 妗 、 跫 舛越 钅 鉿 ， 所 产生 的弹 力 为： ，工 口 唬琭 健 唬琲 ， 痮 河 北大 学 工 学 硕 士 学 位 论文 ！!甚 ，注 意 式实 际上就 是动力 学 普遍 方 程， 该 方 程可 直 接 进 行 数 值 积
5、分 得到 结 果 ，但模 型 的计 算 复杂 度 很高 ；另 外 为增加 整体 效果 他 们 还 为系 统增加 了眼 球 、 眼 睑、 牙 齿 、头 发 、 脖 子 以 及上半 身塑像 模 型 ， 在 进 行 表 情生 成 时眼 球 、 牙 齿 等 也会跟 随 运动 。 他 们给 出 的例 子 效果 很生 动 ， 也较为逼真 。 但也应 当看到 ， 所 生 成 的表 情种 类仅限 于一 些比 第 三 阶 段： 近 年 来基 于图像 的建模 与绘 制 技 术在 这种 方 法 中 ， 对 真 实 感 人 脸 的生 成 是通过 选取人 脸 的不同 方 位 拍 照 。 并 在 至 少 两张 人 脸 图
6、像 的特 定 位 置添 加 标 记， 然 后数 字化“ 。 随 着计 算 机视 觉 在 人 脸 分 析 上的逐渐应 用 ， 最 近 又出 现 了一 些新的方 法 ， 用 数 字化仪 来获取人 全 景 三 维轮 廓信 息。 “” 。在 国内 ， 湖南大 学 的邹 北骥 “等 提出 基 于弹 性力 学 的弹 性形变模 型 。 该 模 型 将 人 的脸 部模 拟 为一 个 弹 性体 ， 为使 计 算 简 化， 又将 人 脸 表 面 依 其 生 理特 征 分 为八 个 子 块， 脸部表 情所 产生 的五 宫 动 作模 拟 为弹 性体 的形变模 型 。 当脸 部表 情引 起 脸 部各子 块形变时， 每
7、个 子 块上的各点 将 发 生 位 移。 于是利 用 该 模 型 计 算 这些点 的位 移量 ， 由此 获得表情动 画中 的每 一 帧画面 ， 并 开 发 了 系 统， 成 功 的模 拟 了眨 眼 动 作。清华 大 学 的方 伟。 ”等 人 提出 了一 个 基 于复合 多 组 局 部变形操 作的脸 部表 情动 画的们 或 者使 用 粒 子 系 统， 或 者使 用 连 续 系 统。 这些常 用 的方 法 主 要 是为了提供 高 效、 高 质 河 北大 学 工 学 硕士 学 位 论文 皮 下组 织 即 解剖学 中所 称 的 浅 筋 膜 ， 由 疏松结 缔 组 织 和 脂 肪 组 织 组 成 ， 一
8、 般 不认 为它 是 皮 肤 的 组 成 部分 ， 皮 下组 织 将 皮 肤 与 深部的 组 织 连 接一 起， 并 使 皮 肤 有一 定的 可 动性 。 皮 下组 织 的 厚 度因 个体 、 年龄 、 性 别和 部位 而有较 大 的 差别。 腹 部皮 下组 织 中脂 肪组 织 丰 富， 厚 可 达 以 上 。 眼 睑 、 阴 茎 和 阴 囊等部位 皮 下组 织 最 薄 ， 不含 脂 肪 组 织 。分 布 到 皮 肤的 血管 、 淋巴管 和 神 经由 皮 下组 织 中通 过， 毛 囊和 汗 腺 也常 延伸 到 此 层组 织 用有限元方 法 应该 能 够精 确 的模 拟 出 皱纹的形 状， 但
9、该 方 法 计算 量太 大 ， 难以 适 应动 画 图 像 实 时或 快 速 生 成 的要 求 。我 们 研究 的目 的是 为动 画 提供 皱纹的力学模 型， 对于动 画 来 讲 ， 不 要 求 特 别 精 确 ， 从 视觉 上 能 比 较 逼真 地模 拟 出 皱纹的效果即 可， 因此本 文在小变形 情 况 下建 立皱纹模 型， 在小变形 情 况 下， 皮肤 的应力一 应变关系通 常 表现为线弹 性力学性质 。 附 着于泪囊， 促使 泪液经 鼻 泪管流 入 鼻 腔 。皱纹的 形成 以 及肌 肉 的松 软 ， 皮肤将 会 在 重 力 的作用 下 发 生 滑 坠 ， 形成更 深的皱 纹 。通 常
10、人们 随着 年 龄 的增 长 ，特别 是 中 年 以 后 ，皮肤开 始 变得 粗糙 、 干 燥 、 缺水 、 缺乏 弹性 ， 易生 皱 纹 。人体 皮肤老 化 一般 在 岁 左 右 即出现， 首先 出现是 前 额 抬 头纹 ，继之 是 上下 眼险及外眦角区出现鱼尾 状 皱 纹 ，岁 左 右 上述 皱 纹 明显 ，岁 则 面颊 部分 出现鼻 唇 沟加 深或 面颊 凹 陷， 年 龄 再 增 长 至一 岁 以 后 ， 则 上述 皱 纹 增 多 、 加 深，面部 皮肤与 颈 部 皮肤也 松 垂 。有 的人还 会 出现颏 下 与 颈 上部 的火鸡 脖子 样的皮肤囊 或 脂肪 袋。 岁 左 右 出现周 纵
11、 行 纹 角放 射 形皱 纹 ，满 面深而 多 的弧形纹 ，甚 至手、足 、 全 身 也 呈 现皮肤松 垂 及严 重 皱 纹 。皮肤严 重 失 泽， 明显 的老 年 斑 、 色素沉 着 等 ， 既示皮肤衰 老 、 人体内脏 也 老 化 ，这 是 不 以 人们 意志 为转 移的生 理变化 规律“ 。形成年 龄 皱 纹 的因 素很 多 ，分 析较难 ，这 里 着 重 表情 皱 纹 的分 析。表情 皱 纹 主 要是由 表情 肌 收缩 引起的。 河 北大 学 工 学 硕士 学 位 论文的 厚度 和 刚 度 ， 这 里 将皮 肤 简 化 为薄 板， 用板的 屈 曲 解 释皱 纹 的 形 成 。 本 章
12、主 要 介 绍额 ， 向 的 正弦半 波 个 数。 形 式， 假 设 该 模 型 的 挠 度 曲 线 为 上 层由于 弯曲 产生 的 能 量 为别 为其杨 氏模 量 和 泊松 比。吣 等吒。褊 ， 蓐扛 鼯 争 圭一 争 。给 出 的 数据 取 ： 。：羚 一弹 性 地 基储 存的 能 量 为扇形薄 板 的 全 都 弯 曲变 形势 能 为 。亭三 声趾堕 堕 根据 不可伸 长 假 设有：百霍鈑 。 ，由 于 眼 部皮 肤 很 薄 ， 衰 老 主 要 是 由 皮 下 组 织 弹 性 降 低引 起 的 ， 对应上 述模 型， 即 当 咿 即： 一毛 警， 脚 虬兰 龋警堡口 ：一：单 。 国 嘴 部 力学 模 型 示 意图 目
